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來源：http://www.trud.cn 作者：康比電子 2023年06月28
晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
晶體 VS MEMS振蕩器的性能
摘要
電子設(shè)備和通信系統(tǒng)設(shè)備的振蕩器的選擇是影響系統(tǒng)性能的一個主要因素。在這個應(yīng)用說明中，我們已經(jīng)測量并將比較兩種不同類型的振蕩器：
1，一個基本的石英晶體振蕩器和
2，一種MEMS（微機電系統(tǒng)）振蕩器
振蕩器的結(jié)構(gòu)與特性
晶體振蕩器由一個基本模石英晶體的基本結(jié)構(gòu)和一個簡單的振蕩器電路組成。
相比之下，MEMS振蕩器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括諧振器、分數(shù)n PLL、溫度補償和制造校準。一個MEMS振蕩器使用一個硅諧振器作為振蕩源，并需要一個PLL電路來校正制造公差和溫度系數(shù)的頻率。
晶體振蕩器與MEMS振蕩器性質(zhì)的比較
我們測量了一個晶體振蕩器和一個MEMS振蕩器，并比較了四個參數(shù)，每個參數(shù)都被認為對通信、工業(yè)和消費電子設(shè)備的設(shè)計至關(guān)重要。
1. 相位噪聲和相位抖動
2. 功耗耗電量
3. 振蕩器的啟動特性
4. 頻率和溫度特性
比較：
1，相位噪聲和相位抖動
我們考慮了三個頻率（40MHz，100MHz和156.25MHz），并將晶體振蕩器與相同頻率的MEMS振蕩器進行了比較。實驗室測量表明，在所有頻率下，晶體振蕩器的相位噪聲比MEMS振蕩器好得多。這兩種振蕩器的測量相位噪聲可以在下面的圖1-6中看到。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
測試結(jié)果：三種被測試的晶體振蕩器都比三種MEMS振蕩器有更好的抖動
2，功耗
40MHz晶體振蕩器和40MHz MEMS振蕩器的功耗如下圖7所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
試驗結(jié)果：
MEMS振蕩器電路的增加提高了該設(shè)備的總功耗。MEMS晶振吸收了大約15 mA的功率，大約比晶體振蕩器多5倍，使用在硅振蕩器、PLL和LCVCO中增加的電流來減少抖動。
3，振蕩器的啟動特性
40MHz晶體振蕩器和40MHz MEMS振蕩器的振蕩器啟動特性如下圖8所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
一個具有快速啟動速度的振蕩器受益于更短的喚醒周期和更長的電池壽命。這對于消費者和家庭自動化應(yīng)用程序非常重要，因為這些系統(tǒng)可以快速打開和關(guān)閉，以節(jié)省電池電量。
試驗結(jié)果：
石英晶體振蕩器比MEMS振蕩器發(fā)射得更快，也更恒定。
4，頻率和溫度特性
測量了40MHz頻率和125MHz頻率的MEMS振蕩器和晶體振蕩器的頻率溫度特性，首先達到穩(wěn)定的低溫，然后以+2.0°C/分鐘的速率提高到+85°C的溫度。測試結(jié)果如下圖9-12所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
頻率 VS 石英晶體振蕩器的溫度遵循AT晶體的連續(xù)立方曲線，從-40到+85°C的±值為15ppm。這對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。
最初，MEMS振蕩器的頻率與溫度的特性似乎優(yōu)于晶體振蕩器。然而，MEMS振蕩器的分數(shù)-n PLL電路以離散的步驟調(diào)整頻率，以糾正硅諧振器的極高的溫度系數(shù)（30ppm/°C或3750ppm從-40到+85°C）的溫度系數(shù)。
這可以通過圖9-12中的MEMS振蕩器圖的鋸齒狀溫度曲線來說明，它揭示了當除法比切換以補償溫度變化時的頻率跳躍。
溫度補償石英晶體振蕩器（TCXO）使用模擬溫度補償和一個簡單的溫度補償電路，可以從-40到+85°C達到1ppm，而不經(jīng)歷這些頻率跳躍。TCXOs以低成本的價格廣泛使用，溫度穩(wěn)定性低至±0.1ppm。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
晶體OSC與MEMS OSC的針腳兼容性
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6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
總結(jié)：
MEMS振蕩器似乎適合于高振動環(huán)境、非臨界定時應(yīng)用以及信噪比不關(guān)鍵的應(yīng)用。
具有復(fù)雜的調(diào)制方案，非常高速的通信，或需要優(yōu)異的信噪比性能（即A到D轉(zhuǎn)換器）的應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)由晶體振蕩器計時，利用石英的低抖動、異常高的Q和良好的時間和溫度穩(wěn)定性。
晶體 VS MEMS振蕩器的性能
摘要
電子設(shè)備和通信系統(tǒng)設(shè)備的振蕩器的選擇是影響系統(tǒng)性能的一個主要因素。在這個應(yīng)用說明中，我們已經(jīng)測量并將比較兩種不同類型的振蕩器：
1，一個基本的石英晶體振蕩器和
2，一種MEMS（微機電系統(tǒng)）振蕩器
振蕩器的結(jié)構(gòu)與特性
晶體振蕩器由一個基本模石英晶體的基本結(jié)構(gòu)和一個簡單的振蕩器電路組成。
相比之下，MEMS振蕩器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括諧振器、分數(shù)n PLL、溫度補償和制造校準。一個MEMS振蕩器使用一個硅諧振器作為振蕩源，并需要一個PLL電路來校正制造公差和溫度系數(shù)的頻率。
晶體振蕩器與MEMS振蕩器性質(zhì)的比較
我們測量了一個晶體振蕩器和一個MEMS振蕩器，并比較了四個參數(shù)，每個參數(shù)都被認為對通信、工業(yè)和消費電子設(shè)備的設(shè)計至關(guān)重要。
1. 相位噪聲和相位抖動
2. 功耗耗電量
3. 振蕩器的啟動特性
4. 頻率和溫度特性
比較：
1，相位噪聲和相位抖動
我們考慮了三個頻率（40MHz，100MHz和156.25MHz），并將晶體振蕩器與相同頻率的MEMS振蕩器進行了比較。實驗室測量表明，在所有頻率下，晶體振蕩器的相位噪聲比MEMS振蕩器好得多。這兩種振蕩器的測量相位噪聲可以在下面的圖1-6中看到。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
測試結(jié)果：三種被測試的晶體振蕩器都比三種MEMS振蕩器有更好的抖動
| MHz | Phase Jitter | |
| MEMS Oscillator | Crystal Oscillator | |
| 40,0 | 5.67ps | 0.19ps |
| 100,0 | 2.61ps | 0.07ps |
| 156,25 | 1.87ps | 0.03ps |
2，功耗
40MHz晶體振蕩器和40MHz MEMS振蕩器的功耗如下圖7所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
試驗結(jié)果：
MEMS振蕩器電路的增加提高了該設(shè)備的總功耗。MEMS晶振吸收了大約15 mA的功率，大約比晶體振蕩器多5倍，使用在硅振蕩器、PLL和LCVCO中增加的電流來減少抖動。
3，振蕩器的啟動特性
40MHz晶體振蕩器和40MHz MEMS振蕩器的振蕩器啟動特性如下圖8所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
一個具有快速啟動速度的振蕩器受益于更短的喚醒周期和更長的電池壽命。這對于消費者和家庭自動化應(yīng)用程序非常重要，因為這些系統(tǒng)可以快速打開和關(guān)閉，以節(jié)省電池電量。
試驗結(jié)果：
石英晶體振蕩器比MEMS振蕩器發(fā)射得更快，也更恒定。
4，頻率和溫度特性
測量了40MHz頻率和125MHz頻率的MEMS振蕩器和晶體振蕩器的頻率溫度特性，首先達到穩(wěn)定的低溫，然后以+2.0°C/分鐘的速率提高到+85°C的溫度。測試結(jié)果如下圖9-12所示。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
頻率 VS 石英晶體振蕩器的溫度遵循AT晶體的連續(xù)立方曲線，從-40到+85°C的±值為15ppm。這對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說已經(jīng)足夠了。
最初，MEMS振蕩器的頻率與溫度的特性似乎優(yōu)于晶體振蕩器。然而，MEMS振蕩器的分數(shù)-n PLL電路以離散的步驟調(diào)整頻率，以糾正硅諧振器的極高的溫度系數(shù)（30ppm/°C或3750ppm從-40到+85°C）的溫度系數(shù)。
這可以通過圖9-12中的MEMS振蕩器圖的鋸齒狀溫度曲線來說明，它揭示了當除法比切換以補償溫度變化時的頻率跳躍。
溫度補償石英晶體振蕩器（TCXO）使用模擬溫度補償和一個簡單的溫度補償電路，可以從-40到+85°C達到1ppm，而不經(jīng)歷這些頻率跳躍。TCXOs以低成本的價格廣泛使用，溫度穩(wěn)定性低至±0.1ppm。
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
晶體OSC與MEMS OSC的針腳兼容性
6G晶振X1G0036910116晶體振蕩器與MEMS振蕩器的比較
總結(jié)：
MEMS振蕩器似乎適合于高振動環(huán)境、非臨界定時應(yīng)用以及信噪比不關(guān)鍵的應(yīng)用。
具有復(fù)雜的調(diào)制方案，非常高速的通信，或需要優(yōu)異的信噪比性能（即A到D轉(zhuǎn)換器）的應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)由晶體振蕩器計時，利用石英的低抖動、異常高的Q和良好的時間和溫度穩(wěn)定性。
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