淺析全硅MEMS振蕩器和傳統(tǒng)石英的區(qū)別

　　* 高性能模擬溫補(bǔ)技術(shù)使全硅MEMS振蕩器具有優(yōu)秀的全溫頻率穩(wěn)定性，徹底解除溫飄問題;

　　* 可編程的平臺為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提供必要的靈活性;

　　* 完善的半導(dǎo)體生產(chǎn)鏈可讓全硅MEMS供貨期全面縮短，并提升需求應(yīng)急的能力;

　　* 全自動生產(chǎn)的IC結(jié)構(gòu)在質(zhì)量和可靠性方面有無可置疑的優(yōu)良的一致性。

　　全硅MEMS振蕩器的全溫性能優(yōu)勢

　　頻率穩(wěn)定性，特別是在不同溫度下的穩(wěn)定性，是電子工程師在選擇振蕩器時(shí)考慮的主要參數(shù)之一。因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)計(jì)，都需要保證系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)作。而溫飄(頻率隨溫度而顯著變化的現(xiàn)象)則是傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的弱點(diǎn)，難以單純從制造上克服。圖2是石英和全硅MEMS振蕩器在頻率穩(wěn)定性方面的比較。

　　圖2 全硅MEMS振蕩器25PPM頻率穩(wěn)定性超越石英

　　圖2的深黑色曲線顯示出一個(gè)工業(yè)級(-40?C-85?C)石英振蕩器要達(dá)到全溫頻率穩(wěn)定性25PPM在技術(shù)上的難度。從圖中可看到，在高低溫的情況下，石英作為參考時(shí)鐘其設(shè)計(jì)余量較不充分，由此也增加了整體系統(tǒng)在工業(yè)級全溫產(chǎn)生不穩(wěn)定運(yùn)行的可能性。

　　圖2同時(shí)也顯示了各種色彩的平衡線，代表了110個(gè)SiTime全硅MEMS振蕩器在-40?C-85?C范圍內(nèi)的實(shí)際總頻差。與石英振蕩器相比，這些工業(yè)級MEMS振蕩器頻率穩(wěn)定性不但可保持在15PPM以下，其曲線更具有線性特征，為系統(tǒng)提供更大的設(shè)計(jì)余量。

　　正由于全硅MEMS振蕩器利用溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，從振蕩器設(shè)計(jì)上解決了石英溫飄的煩惱，因此電子工程師在選料時(shí)有了更大的余地。他們可以選擇50PPM的MEMS振蕩器來替代很多25PPM的石英，既可滿足系統(tǒng)所需規(guī)格，又可降低成本。或者，他們可采用25PPM的MEMS振蕩器來提升系統(tǒng)總體穩(wěn)定性。

　　全硅MEMS振蕩器的可編程規(guī)格組合

　　傳統(tǒng)石英振蕩器的主要規(guī)格參數(shù)如輸出頻率、頻率穩(wěn)定性是由石英切割的形狀、厚度及在加工過程中鍍銀老化等步驟來實(shí)現(xiàn)的。這也決定了石英一個(gè)頻率、一個(gè)工作電壓、一個(gè)頻率穩(wěn)定性對應(yīng)一個(gè)料號的固定頻率的商業(yè)模式。

　　從圖3也可看到，從技術(shù)角度，高頻率的石英振蕩器一般無法支持1.8V的工作電壓，或25PPM的頻率穩(wěn)定性，因?yàn)閴弘娛⒌幕静ㄕ袷幨窍拗圃?0MHz以下。60MHz以上的頻率則需利用3次，5次或7次倍頻，再加上過濾電路來實(shí)現(xiàn)，造成有限的規(guī)格選擇和居高不下的成本.

　　圖3 傳統(tǒng)石英一般只支持常用固定品率和規(guī)格

　　因此，石英的傳統(tǒng)模式雖有簡單明了的優(yōu)點(diǎn)，但卻缺乏了現(xiàn)代電子廠商在產(chǎn)品開發(fā)、供貨周期和備貨成本管理上所需要的靈活性。

　　與石英相比，全硅MEMS振蕩器是由MEMS諧振器和高性能模擬CMOS芯片組成的一個(gè)可編程的時(shí)鐘平臺，其主要規(guī)格參數(shù)都在設(shè)計(jì)時(shí)整合進(jìn)了CMOS，利用內(nèi)嵌的NVM(非易失性存儲器)來實(shí)現(xiàn)振蕩器參數(shù)即MEMS振蕩器的實(shí)時(shí)配置。

　　圖4 全硅ME振蕩器平臺提供不同頻率，電壓和PPM的組合