MEMS振荡器的原理是什么?MEMS振荡器为何代替晶体振荡器?

对于MEMS，其实很多朋友都是比较熟悉的。上篇文章中，小编对生物MEMS及其特点有所阐述。为增进大家对MEMS的认识，本文将对MEMS振荡器原理、MEMS振荡器能够替代晶体谐振器的理由予以介绍。如果你对MEMS具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、MEMS振荡器原理介绍

MEMS振荡器是指通过微机电系统制作出的一种可编程的硅振荡器。MEMS振荡器是指通过微机电系统制作出的一种可编程的硅振荡器，属于我们通常所说的有源晶振。它是对传统石英晶振产品的一个升级更新换代，防震效果是前者的25倍，具有不受振动影响、不易碎的特点。MEMS振荡器的温度稳定性也比传统晶振更好，不受环境温度高低变化的影响。

传统的石英振荡器是由压电石英加上简单的起振芯片和金属封装组成的，其生产工艺包括：石英切割镀银、购买基座、起振芯片，以及将石英及芯片以特殊黏胶结合后至于基座上，然后充填氮气，用金属封装进行密封。而不同频率、不同工作电压振荡器的产生，则是由石英的不同形状、镀银厚度及所佩的起振芯片所决定。所以，从生产工艺角度，石英产业是一个人工密集型的半自动化传统产业，其产品也受到传统原材料和工艺的限制：

1. 复杂的生产程序导致供货期的拖长及缺货应急困难的现象;

2. 不同振荡器规格需不同原料不同工艺，从而使成品缺乏灵活性，无法为满足不同应用而进行实时配置;

3. 压电石英对温度敏感度高的特性，造成石英振荡器的温飘烦恼;

4. 石英易碎怕摔老化的弱点需靠生产工艺和质量管理来解决，缺乏质量和长期可靠性的一致性。

为解决石英的内在弱点，因此在时钟组件的选料上开始转向采用了全硅的产品结构，有一个全硅MEMS谐振器和一个可编程Analog CMOS驱动芯片堆栈，并以标准QFN IC封装方式完成。

二、MEMS振荡器代替晶体谐振器的三个理由

1. MEMS 振荡器对 EMI 的敏感度要低得多

电磁能在大多数系统中很常见，可以通过将晶体谐振器连接到包含振荡器电路的 IC 的暴露 PCB 走线接收。 这种噪声可以耦合到振荡器电路中并传递到输出端，可能会给系统增加抖动和噪声。然而，集成振荡器在谐振器和振荡器 IC 之间没有暴露的 PCB 连接，并且将 MEMS 谐振器连接到 IC 的键合线或焊球非常短。 这使得 MEMS 振荡器对 EMI 不那么敏感。 如下表和图表所示，SiTIme 振荡器的灵敏度比晶体谐振器低 11.3 dBm(线性标度为 134 倍)。

2. MEMS 振荡器对振动的敏感度要低得多

抗振性很重要，因为电子系统经常受到环境压力的影响，尤其是部署在户外的系统。 风、重型车辆和火车是许多外部振动源的几个例子。此外，系统通常使用会引起振动的冷却风扇。 这些振动应力会在晶体谐振器上引起频移和噪声。一些需要非常稳定的频率的系统，例如无线基站和小基站，可能会因振动而出现系统故障和服务中断。

MEMS 振荡器具有抗振性，因为 MEMS 谐振器的质量比石英谐振器的质量低大约 1,000 到 3,000 倍。 这意味着施加在 MEMS 结构上的给定加速度(例如来自冲击或振动)将导致比其石英等效物低得多的力，从而导致低得多的频移。第 5 页上的图显示，与石英振荡器相比，SiTIme MEMS 振荡器的振动灵敏度低(更好)10 倍以上。 请注意，此图基于石英振荡器的测量结果，而不是无源晶体谐振器，但预计石英晶体谐振器的结果相当。

3. MEMS 振荡器可用于1 – 725MHz任何频率

石英供应基础设施有几个限制因素，可能导致提前期很长，大约为 12 到 16 周甚至更长。 限制之一是陶瓷封装供应商的数量有限。 另一个限制是频率选项的可用性有限。 对于石英产品，除非使用可编程锁相环 (PLL)，否则每个频率都需要不同的晶体切割。因此，非标准频率的提前期可能很长。

与晶体谐振器相比，MEMS 谐振器基于标准谐振器配置。 MEMS 振荡器的输出频率是通过将 PLL 编程为不同的倍增值来生成的。这实现了具有六位数精度的非常宽的频率范围。 此外，硅 MEMS 振荡器是使用标准半导体工艺和封装制造的。 由于 MEMS 振荡器供应商利用非常大的半导体行业基础设施，因此容量几乎是无限的。

MEMS 振荡器样品可以在一天内编程并提供，即使对于非标准频率也是如此。通过使用 SiTIme 的低成本 TIme Machine II 编程器和现场可编程振荡器，设计人员可以立即在他们的实验室中对振荡器进行编程，以在设备的工作范围内创建具有任何频率、任何电源电压和任何稳定性的设备。生产提前期仅为 6 至 8 周。

以上便是此次小编带来的“MEMS”相关内容，通过本文，希望大家对MEMS振荡器具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!