全硅MEMS振蕩器和傳統(tǒng)石英的區(qū)別
與傳統(tǒng)石英相比,全硅MEMS振蕩器不管從生產(chǎn)工藝還是組件設(shè)計結(jié)構(gòu)上,都更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標準,也是對傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的升級換代。
* 高性能模擬溫補技術(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考慮的主要參數(shù)之一。因為每一個設(shè)計,都需要保證系統(tǒng)在整個工作溫度范圍內(nèi)正常運作。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,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工業(yè)級(-40?C-85?C)石英振蕩器要達到全溫頻率穩(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,石英作為參考時鐘其設(shè)計余量較不充分,由此也增加了整體系統(tǒng)在工業(yè)級全溫產(chǎn)生不穩(wěn)定運行的可能性。
圖2同時也顯示了各種色彩的平衡線,代表了110個SiTime全硅MEMS振蕩器在-40?C-85?C范圍內(nèi)的實際總頻差。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)計余量。
正由于全硅MEMS振蕩器利用溫度補償?shù)募夹g(shù),從振蕩器設(shè)計上解決了石英溫飄的煩惱,因此電子工程師在選料時有了更大的余地。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現(xiàn)的。這也決定了石英一個頻率、一個工作電壓、一個頻率穩(wěn)定性對應(yīng)一個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,因為壓電石英的基本波振蕩是限制在60MHz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,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芯片組成的一個可編程的時鐘平臺,其主要規(guī)格參數(shù)都在設(shè)計時整合進了CMOS,利用內(nèi)嵌的NVM(非易失性存儲器)來實現(xiàn)振蕩器參數(shù)即MEMS振蕩器的實時配置。
圖4 全硅ME振蕩器平臺提供不同頻率,電壓和PPM的組合
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