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更多>>石英晶體振蕩器相比MEMS硅振蕩器優(yōu)勢(shì)在哪里?
石英晶體振蕩器一直在電子產(chǎn)品中扮演著不可或缺的重要角色。然而,隨著全硅MEMS振蕩器進(jìn)駐電子元器件市場(chǎng),各種各樣的消息鋪天蓋地而來,不過小編覺得在大部分文章中對(duì)于二者的評(píng)價(jià)不是很客觀,因此,小編從石英晶體振蕩器和硅MEMS振蕩器的結(jié)構(gòu)和原理上對(duì)二者進(jìn)行客觀的比較分析。
我們來看硅MEMS振蕩器的結(jié)構(gòu),硅MEMS振蕩器是由MEMS硅晶圓和CMOS晶圓上下疊加而成,而CMOS晶圓則包括了NON Memory、PLL鎖相環(huán)電路、起振電路與溫補(bǔ)電路。簡而言之,硅MEMS振蕩器由諧振器部分和IC振蕩部分兩部分組成。諧振器部分為MEMS硅晶圓,IC振蕩部分為CMOS晶圓。而諧振器部分的不同也是硅MEMS振蕩器與傳統(tǒng)石英晶振不同之處,硅振蕩器的諧振部分為硅片,石英晶體振蕩器的諧振部分為石英晶片。僅從諧振部分進(jìn)行比較,硅振蕩器的諧振器部分不及石英諧振器,常溫頻差穩(wěn)定度及溫度特性也都差于石英材料的諧振器。全硅MEMS振蕩器是怎么提高其生產(chǎn)效率及頻率穩(wěn)定度的呢?其主要是依靠IC振蕩部分。關(guān)鍵在于,硅振蕩采用可編程鎖相環(huán)(PLL),因此可以將諧振器振出的頻率進(jìn)行N倍頻,甚至是小數(shù)點(diǎn)倍頻;而為了避免硅片溫度引起的頻率漂移,電路采用了溫度補(bǔ)償。采用鎖相環(huán)倍頻方式達(dá)到將頻率變高,其相位噪聲不是很好。因此,在一些通信行業(yè),全硅MEMS振蕩器將無法使用。然而,利用可編程鎖相環(huán)(PLL)進(jìn)行頻率倍頻,在可編程石英晶體振蕩器也已經(jīng)實(shí)現(xiàn),它的諧振器部分采用石英晶片,IC振蕩部分采用可編程鎖相環(huán)(PLL),這樣同樣可以實(shí)現(xiàn)“燒錄頻率”,縮短生產(chǎn)周期。但是,由于鎖相環(huán)引起的噪聲大,容易引起高速通信的設(shè)備因時(shí)鐘基準(zhǔn)不穩(wěn)定,導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包、無法連接等問題,因此,可編程石英晶體振蕩器同樣不建議使用在通信行業(yè)。
由于可編程石英晶體振蕩器同樣不適用于通信行業(yè),而通信行業(yè)恰恰是使用石英晶體振蕩器最多的一個(gè)領(lǐng)域。在通信電子產(chǎn)品中使用的最多的還是傳統(tǒng)的、不可編程的石英晶體振蕩器,它的振蕩輸出頻率來自石英晶片(諧振器單元),利用石英高Q值的特點(diǎn),不采用倍頻技術(shù),對(duì)高輸出頻率,采用石英所特有的振蕩模式---泛音次數(shù),來達(dá)輸出穩(wěn)定的高頻頻率,這種石英晶體振蕩器被廣泛應(yīng)用于通信行業(yè)。特別是一些高端通信產(chǎn)品,如智能手機(jī)、筆記本電腦等,通常使用的是精度比較高的OCXO恒溫晶振、TCXO溫補(bǔ)晶振、VC-TCXO壓控溫補(bǔ)振蕩器等。
簡而言之,硅MEMS振蕩器在電路中實(shí)現(xiàn)分頻比較容易,若是倍頻的話,就會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲,所以硅MEMS振蕩器在高速通信系統(tǒng)中無法使用。而石英振蕩器振蕩的頻率由石英晶片產(chǎn)生,石英具有壓電效應(yīng),它是一種高Q值元件,振蕩頻率非常穩(wěn)定,但是,如果同樣對(duì)石英晶片產(chǎn)生的頻率進(jìn)行倍頻,也會(huì)產(chǎn)生噪聲??傊?,倍頻會(huì)產(chǎn)生更多的噪音,因此,不適用于通信行業(yè)。不過硅MEMS振蕩器的優(yōu)勢(shì)是體積可以做得很小?,F(xiàn)在市場(chǎng)上很對(duì)硅振蕩器,如果對(duì)自己設(shè)計(jì)的方案沒什么影響,也可以使用。不過還是使用石英振蕩器相對(duì)會(huì)放心一些,畢竟石英晶體振蕩器的發(fā)展時(shí)間比較長,不易出現(xiàn)一些未知的問題。所以,一般來說,能用硅振蕩器的地方,就一定可以用石英振蕩器;但是,能用石英振蕩器的,硅振蕩器不一定能夠替代使用。
當(dāng)前電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異,更多的石英晶體振蕩器和硅MEMS振蕩器將被投入使用。在當(dāng)今電子市場(chǎng)中石英晶體振蕩器和硅MEMS振蕩器同時(shí)存在,它們都屬于有源振蕩器范疇。而目前電子元器件市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈,在這種情況下,小編認(rèn)為選擇特性更加穩(wěn)定的石英晶體振蕩器的應(yīng)該更加貼近市場(chǎng)的需求。而且,隨著石英晶振小型化、高精度趨勢(shì)的逐漸加快,石英晶體振蕩器的應(yīng)用將愈加廣泛。
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