MEMS振蕩器與石英技術(shù)

(b)的短期穩(wěn)定度

圖2 MEMS1諧振振蕩器

1～100kHz部分反映了設(shè)計(jì)的相關(guān)信息。MEMS振蕩器采用鎖相環(huán)(PLL)設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中MEMS諧振器由M/N合成環(huán)路的VCO鎖相。MEMS振蕩器的相位噪聲水平是PLL環(huán)路帶寬、VCO選擇性與主要諧振器的Q值共同影響的結(jié)果。石英諧振器器件工作在輸出頻率，且在輸出端沒有PLL的附加噪聲信號(hào)。
相位噪聲可在確定的頻率區(qū)間上積分并從頻域轉(zhuǎn)換至?xí)r域，以提供抖動(dòng)值的均方根，如表1所示。這是計(jì)算基于石英晶體的諧振器抖動(dòng)的常規(guī)作法，石英晶體的抖動(dòng)性能通常等于或超過最好的示波器。

短期穩(wěn)定度
如圖2所示，此處給出的短期穩(wěn)定度數(shù)據(jù)是在8分鐘內(nèi)每隔0.1s測(cè)量穩(wěn)定在25℃（誤差僅零點(diǎn)幾度）的振蕩器的頻率值。各部分均由安捷倫53152頻率計(jì)數(shù)器測(cè)試，該計(jì)數(shù)器利用銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)參考源進(jìn)行工作。頻率變化以第一次讀數(shù)的百萬分率為單位顯示在圖中。

BAW振蕩器的圖表（此處不再列出，但在完整研究報(bào)告中可找到）為大多數(shù)人所熟知。對(duì)于相同的測(cè)試，典型的BAW振蕩器偏差低于±0.02ppm，這樣會(huì)在零偏差圖表線處形成一條直線。

數(shù)據(jù)表明兩種技術(shù)并不完全一樣，同時(shí)展示了不同器件的設(shè)計(jì)與特性。
● MEMS器件的低Q值導(dǎo)致更嚴(yán)重的頻率偏差。
● MEMS器件顯示了每百萬分之幾的階躍變化。這是校正諧振器溫度變化的溫度補(bǔ)償電路的特性。該特性可列成PLL電路中的數(shù)字變化表從而校正頻率。
● MEMS1與MEMS2的設(shè)計(jì)(兩個(gè)不同制造商)在數(shù)字補(bǔ)償切換頻率上完全不同。
● BAW晶體諧振器更穩(wěn)定，從而具有更高的諧振器Q值，且沒有數(shù)字校正信號(hào)。
該研究采用已有測(cè)量技術(shù)對(duì)商用BAW與MEMS振蕩器的多種不同電特性進(jìn)行了比較，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分討論，并在表2中做了相應(yīng)總結(jié)。結(jié)果表明，兩種技術(shù)是不可互換的。頻率偏差、MEMS振蕩器的低Q值與數(shù)字溫度補(bǔ)償都造成了許多應(yīng)用中不可接受的頻率波動(dòng)。

過去嘗試以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)BAW振蕩器的溫度補(bǔ)償在市場(chǎng)上沒有成功，原因在于補(bǔ)償階躍，盡管事實(shí)上它比MEMS振蕩器中采用的步長(zhǎng)明顯小很多。例如，目前手機(jī)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)均采用模擬補(bǔ)償。
MEMS振蕩器看起來非常適用于高振動(dòng)環(huán)境、對(duì)定時(shí)要求不高的應(yīng)用以及信噪比要求不高的應(yīng)用。而具有復(fù)合調(diào)制方案、非常高速的通信或需要極佳的信噪比性能的應(yīng)用(如A/D轉(zhuǎn)換器)仍將繼續(xù)通過BAW器件定時(shí)，利用石英的高Q值以及極佳的溫度穩(wěn)定性。