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如何正确选择晶振:让选择明明白白

发表时间:2016-1-27    浏览次数:1105

MEMS振荡器也用于石英振荡器放大器,也许还有PLL,但它采用的是振荡的小型硅质量,而不是石英晶体。这种方案有更好的MTBF(平均故障时间)、抗冲击性以及可靠性。

例如,SiTime营销副总裁Piyush Sevalia说,对硅作JEDEC(联合电子器件工程委员会)与HTOL(高温工作寿命)测试,可得到5亿小时MTBF,而石英只有1000万至3000万小时,并且,尽管1kHz振动在石英振荡器的抖动特性中很容易表现出来,但MEMS和硅振荡器都对这种振动不敏感。MEMS器件谐振在一个基频上,这种模式下意外振动不会调制。但是,MEMS和石英振荡器的起动速度慢于纯硅振荡器。

  制造MEMS振荡器的一个挑战是保持振荡硅元件的原子级洁净。即使振荡臂上有一个原子厚的层,也会造成器件规格失效,制造商用各种方法来克服这一挑战。例如,Discera使用“getter”活性吸气材料,去除在器件生命周期中吸收的任何气体或材料痕迹。另一方面,SiTime则采用了Bosch公司率先开发的一种技术。

图5

   SiTime并未在MEMS元件上覆盖玻璃或环氧罩,而是在一个玻璃模型中建立起硅臂,用多晶硅覆盖模型,再用氢氟酸将玻璃溶解。然后,该公司用一层更厚的多晶硅将臂密封起来。所有工作都在一个外延反应堆中完成,这个高度真空的半导体装置有地球上最洁净的环境。这种特殊工艺使SiTime能够提供品质与石英振荡器相匹敌的产品。该公司的产品将一种MEMS谐振器片芯和一个CMOS片芯整合在一个封装内,比石英振荡器更小也更薄(图5)。

Discera和SiTime两家公司的振荡器都是全可编程产品,因为它们集成了PLL。Discera还提供一种不到500美元的工具包,包括一个手持编程器和200个器件;编程器连接到计算机的USB端口。Discera公司销售与营销副总裁GerryBeemiller称,用这个工具包可以建立起1MHz150MHz频率的高精度振荡器。反之,SiTime则在推销快速周转概念,而不是现场编程能力。由于它采用的是无石英工艺,因此声称它可以在数天内提供工作于任意频率的器件。

  在数据采集数字系统中,精确无误的时间永远是关键。如果性能略微不良的陶瓷谐振器时基或低性能的硅振荡器不能满足你的需求,那么可以从整个石英技术系列产品中选择一款器件。为Silicon Labs公司的高性能硅振荡器和SiTime与Discera的MEMS振荡器增加了这些选择后,你会看到振荡器的选择非常关键。要了解所有的权衡因素,包括精度、功耗、抖动和可编程能力,以及任何扩频需求。要记住,如果你未能通过FCC测试,为电源或系统时钟选择一种扩频振荡器总是可取的方法。这种情况总是出现在最糟不过的时候:正当你准备好交付产品时,拥有一款可替代固定振荡器的高级品总是一个很好的保险措施。经过对所有这些因素的权衡,并明白它们如何与应用需求相匹配,选择振荡器就应成为一种明明白白的工作。