KOAN石英晶振与MEMS晶振对比

发布时间:2020-03-12 阅读次数:774

        电子设备和通信系统设备的振荡器选择是影响系统性能的主要因素。目前振荡器有两种:
  • 石英晶体振荡器是由石英晶体的基本结构构成,和一个简单的振荡器电路。
  • 全硅MEMS谐振器,锁向电路,温度补偿,以及制造校准;MEMS硅晶振作为振荡源,需要PLL电路去校准频率制造公差和温度系数。

        MEMS振荡器更适合高振动环境,非关键定时应用以及信号噪声比不重要的应用。像高速通信,复杂调制方案,出色的信噪比之类的应用,KOAN晶体振荡器将优于MEMS振荡器。石英材质拥有低抖动,极高的Q值,以及出色的时间和温度稳定性。下面我们将对比6个晶体振荡器和MEMS振荡器的6个参数。每个参数都是通信,工业,和消费领域的关键参数。


1. 温度稳定性

        我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器从-40°C到+85°C,以一分钟增加2°C的速率进行对比频率温度稳定性的试验。石英晶体振荡器的频率与温度遵循 AT 切晶体的连续立方曲线,从 -40 到 +85°C 达到 ±15ppm。MEMS振荡器的频率与温度特性似乎优于晶体振荡器。然而, 随着温度的上升,MEMS振荡器的锁向电路以离散步骤调整频率,频率温度曲线图呈锯齿状曲线。

        此现象表明当温度上升,MEMS振荡器切换到温度补偿,导致频率跳跃,不稳定。在温度补偿方面,石英晶体振荡器中TCXO使用了模拟温度补偿和简单的温度补偿电路来实现从-40到+85°C,温度偏差在±1ppm以内,并且频率不会跳跃。TCXO最低的温度偏差可达到0.1ppm。

        试验结果表明:KOAN石英振荡器的温度稳定性优于MEMS振荡器。



2. 相位噪声/抖动特性

        我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行对比。

        试验结果表明,KOAN石英振荡器的相位噪声优于MEMS振荡器。


3. 起振时间

        具有快速启动功能的振荡器具有更短的唤醒周期和更长的电池寿命。这对消费者和家庭自动化应用非常重要,因为系统会快速打开和关闭以节省电池电量。我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行起振时间的对比。

        试验结果表明:KOAN石英振荡器的起振时间快优于MEMS振荡器。


4. 短时稳定性

        我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器,在25°C条件下,每隔0.1秒测量一次调整偏差,总共八分钟。频率变化以一次读数引用的 ppm 显示。石英振荡器的变化量小于±0.02ppm (20ppb). 试验数据表明石英振荡器和MEMS振荡器的设计和特性不一样。MEMS器件中的低Q值会导致频率变化。MEMS振荡器的ppm的快速变化表明温度补偿电路在时刻根据谐振器温度变化而变化。PPL电路中的数字变化,用于校正频率。石英振荡器有更好的Q值,并且不需要数字校正信号,因此短期稳定更好。

        试验结果表明,石英振荡器的短时稳定性优于MEMS振荡器,并且石英振荡器的Q值高。


5. 长期稳定性

        长期稳定性可以用老化率表示。我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器在122天(2928小时)为周期测量老化率。MEMS振荡器显示大于1ppm的频率跳跃(短期稳定性),并未建立长期的趋势。石英振荡器的数据点最大变化为0.26ppm。

        试验结果表明,KOAN石英振荡器的长期稳定性优于MEMS振荡器。

 

6. 抗震性

        在冲击测试中,石英振荡器对冲击非常敏感,顺t态频率峰值超过10ppm,而MEMS振荡器的瞬态频率偏差则小于1ppm。

        试验结果表明,MEMS振荡器的抗震性优于石英振荡器。

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