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          KOAN石英晶振與MEMS晶振對比

          發布時間:2020-03-12 閱讀次數:1472

                  電子設備和通信系統設備的振蕩器選擇是影響系統性能的主要因素。目前振蕩器有兩種:
          • 石英晶體振蕩器是由石英晶體的基本結構構成,和一個簡單的振蕩器電路。
          • 全硅MEMS諧振器,鎖向電路,溫度補償,以及制造校準;MEMS硅晶振作為振蕩源,需要PLL電路去校準頻率制造公差和溫度系數。

                  MEMS振蕩器更適合高振動環境,非關鍵定時應用以及信號噪聲比不重要的應用。像高速通信,復雜調制方案,出色的信噪比之類的應用,KOAN晶體振蕩器將優于MEMS振蕩器。石英材質擁有低抖動,極高的Q值,以及出色的時間和溫度穩定性。下面我們將對比6個晶體振蕩器和MEMS振蕩器的6個參數。每個參數都是通信,工業,和消費領域的關鍵參數。


          1. 溫度穩定性

                  我們選取了同樣頻率的石英振蕩器和MEMS振蕩器從-40°C到+85°C,以一分鐘增加2°C的速率進行對比頻率溫度穩定性的試驗。石英晶體振蕩器的頻率與溫度遵循 AT 切晶體的連續立方曲線,從 -40 到 +85°C 達到 ±15ppm。MEMS振蕩器的頻率與溫度特性似乎優于晶體振蕩器。然而, 隨著溫度的上升,MEMS振蕩器的鎖向電路以離散步驟調整頻率,頻率溫度曲線圖呈鋸齒狀曲線。

                  此現象表明當溫度上升,MEMS振蕩器切換到溫度補償,導致頻率跳躍,不穩定。在溫度補償方面,石英晶體振蕩器中TCXO使用了模擬溫度補償和簡單的溫度補償電路來實現從-40到+85°C,溫度偏差在±1ppm以內,并且頻率不會跳躍。TCXO最低的溫度偏差可達到0.1ppm。

                  試驗結果表明:KOAN石英振蕩器的溫度穩定性優于MEMS振蕩器。



          2. 相位噪聲/抖動特性

                  我們選取了同樣頻率的石英振蕩器和MEMS振蕩器進行對比。

                  試驗結果表明,KOAN石英振蕩器的相位噪聲優于MEMS振蕩器。


          3. 起振時間

                  具有快速啟動功能的振蕩器具有更短的喚醒周期和更長的電池壽命。這對消費者和家庭自動化應用非常重要,因為系統會快速打開和關閉以節省電池電量。我們選取了同樣頻率的石英振蕩器和MEMS振蕩器進行起振時間的對比。

                  試驗結果表明:KOAN石英振蕩器的起振時間快優于MEMS振蕩器。


          4. 短時穩定性

                  我們選取了同樣頻率的石英振蕩器和MEMS振蕩器,在25°C條件下,每隔0.1秒測量一次調整偏差,總共八分鐘。頻率變化以一次讀數引用的 ppm 顯示。石英振蕩器的變化量小于±0.02ppm (20ppb). 試驗數據表明石英振蕩器和MEMS振蕩器的設計和特性不一樣。MEMS器件中的低Q值會導致頻率變化。MEMS振蕩器的ppm的快速變化表明溫度補償電路在時刻根據諧振器溫度變化而變化。PPL電路中的數字變化,用于校正頻率。石英振蕩器有更好的Q值,并且不需要數字校正信號,因此短期穩定更好。

                  試驗結果表明,石英振蕩器的短時穩定性優于MEMS振蕩器,并且石英振蕩器的Q值高。


          5. 長期穩定性

                  長期穩定性可以用老化率表示。我們選取了同樣頻率的石英振蕩器和MEMS振蕩器在122天(2928小時)為周期測量老化率。MEMS振蕩器顯示大于1ppm的頻率跳躍(短期穩定性),并未建立長期的趨勢。石英振蕩器的數據點最大變化為0.26ppm。

                  試驗結果表明,KOAN石英振蕩器的長期穩定性優于MEMS振蕩器。

           

          6. 抗震性

                  在沖擊測試中,石英振蕩器對沖擊非常敏感,順t態頻率峰值超過10ppm,而MEMS振蕩器的瞬態頻率偏差則小于1ppm。

                  試驗結果表明,MEMS振蕩器的抗震性優于石英振蕩器。

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