全硅MEMS振荡器与石英晶体振荡器

作者： 扬兴科技 日期：2021-09-23 浏览量：

  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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