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全硅MEMS振荡器与石英晶体振荡器
作者:小扬
日期:2018年10月16日 18:05
浏览量:1027
石英晶体已经在存在半个多世纪了,一直占居着绝大部分的时钟频率市场。石英晶体分为有源和无源两大系列,从使用量来说,绝大多数产品均选用成本较低的无源晶振,即石英晶体谐振器,所以无源晶振使用更广泛。而全硅MEMS系列产品声称要替代的其实就是指有源晶振的部分,即石英晶体振荡器,换个说法如果要替代无源,恐怕就不是一个单一频率器件之间的替代,而是要整合到主控IC里去,属于主控IC的功能的扩展,跟MEMS还没有太大关系。所以我们重点客观的对比分析的是全硅MEMS振荡器和有源晶振的比较,认识各自的特点。
 


首先,从工作原理来看,MEMS振荡器它是由一个全硅的MEMS谐振器(类似一颗无源石英谐振器)和一个可编程Analog CMOS驱动芯片组成的。而石英晶体振荡器它也是由一个石英晶体和一颗IC 组成的。他们之间的大体结构,以及工作模型是一致的。然他们之间的不同,在于以下几个方面:


第一,谐振子的不同,即频率源有本质的区别,MEMS器件采用的静电驱动悬梁臂,以悬梁臂的谐振频率作为基准频率, 他可以通过程序任意倍频而输出各种需要的工作的频率。而石英晶振利用的石英材料的压电特性,用石英晶片的频率作为工作频率,其工作频率就是里面的石英晶片的频率;MEMS器件一个基准频率可以输出很多的频率;而石英晶振是基准频率就是其工作频率;这正是全硅MEMS振荡器的一个很重要的方便之处,其快速交货能力正是来源于此,对比晶振工艺,晶振制程显得比较复杂的原因所在。


第二,驱动芯片的特性,MEMS采用的是可编程CMOS芯片,故输出只能是方波;而石英晶振所使用的芯片就比MEMS广泛,所以其输出特性不仅仅有方波,还有正弦波等各种波形。全硅MEMS振荡器只能输出方波,所以在对输出有特别要求的场合下,全硅MEMS振荡器可能满足不了客户需求,而这又凸显是石英晶体振荡器的性能的全面性。


第三,材料及封装结构,从这个方面来说,确实是MEMS的无可比拟的优势,晶圆的制造工艺,在结构上和产品小型化方面有其独特的优势;而使用晶振在体积超小型化方面,因受到材料特性,以及工艺条件出现瓶颈,同时在成本上也明显不占有优势。

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