新兴振荡器MEMS为什么没能一路向前
所有生产步骤必定都遵守最小成本最大利润化,电子产品生产也是如此,可是现在却一直存在着这样一个现象,低成本货源足交货周期更短的全硅MEMS振荡器却一直没能取代石英晶体振荡器的地位,这到底是为什么呢?要知道全硅MEMS振荡器发展也很多年了,在电气性能上也有可以和石英晶振一比高下的实力了,并且全硅MEMS振荡器比有源石英晶振更不易损坏,原材料便宜导致全硅MEMS振荡器价格有雨石英晶体振荡器。
当前电子产品的发展日新月异,更多的石英晶体振荡器和硅MEMS振荡器将被投入使用。在当今电子市场中石英晶体振荡器和硅MEMS振荡器同时存在,它们都属于有源振荡器范畴。而目前电子元器件市场的竞争日渐激烈,在这种情况下,小编认为选择特性更加稳定的石英晶体振荡器的应该更加贴近市场的需求。而且,随着石英晶振小型化、高精度趋势的逐渐加快,石英晶体振荡器的应用将愈加广泛。
石英晶体振荡器一直在电子产品中扮演着不可或缺的重要角色。然而,随着全硅MEMS振荡器进驻电子元器件市场,各种各样的消息铺天盖地而来,不过小编觉得在大部分文章中对于二者的评价不是很客观,因此,小编从石英晶体振荡器和硅MEMS振荡器的结构和原理上对二者进行客观的比较分析。
由于可编程石英晶体振荡器同样不适用于通信行业,而通信行业恰恰是使用石英晶体振荡器最多的一个领域。在通信电子产品中使用的最多的还是传统的、不可编程的石英晶体振荡器,它的振荡输出频率来自石英晶片(谐振器单元),利用石英高Q值的特点,不采用倍频技术,对高输出频率,采用石英所特有的振荡模式---泛音次数,来达输出稳定的高频频率,这种石英晶体振荡器被广泛应用于通信行业。特别是一些高端通信产品,如智能手机、笔记本电脑等,通常使用的是精度比较高的OCXO恒温晶振、TCXO温补晶振、VC-TCXO压控温补振荡器等。
我们来看硅MEMS振荡器的结构,硅MEMS振荡器是由MEMS硅晶圆和CMOS晶圆上下叠加而成,而CMOS晶圆则包括了NON Memory、PLL锁相环电路、起振电路与温补电路。简而言之,硅MEMS振荡器由谐振器部分和IC振荡部分两部分组成。谐振器部分为MEMS硅晶圆,IC振荡部分为CMOS晶圆。而谐振器部分的不同也是硅MEMS振荡器与传统石英晶振不同之处,硅振荡器的谐振部分为硅片,石英晶体振荡器的谐振部分为石英晶片。仅从谐振部分进行比较,硅振荡器的谐振器部分不及石英晶体谐振器,常温频差稳定度及温度特性也都差于石英材料的谐振器。全硅MEMS振荡器是怎么提高其生产效率及频率稳定度的呢?其主要是依靠IC振荡部分。关键在于,硅振荡采用可编程锁相环(PLL),因此可以将谐振器振出的频率进行N倍频,甚至是小数点倍频;而为了避免硅片温度引起的频率漂移,电路采用了温度补偿。采用锁相环倍频方式达到将频率变高,其相位噪声不是很好。因此,在一些通信行业,全硅MEMS振荡器将无法使用。然而,利用可编程锁相环(PLL)进行频率倍频,在可编程石英晶体振荡器也已经实现,它的谐振器部分采用石英晶片,IC振荡部分采用可编程锁相环(PLL),这样同样可以实现“烧录频率”,缩短生产周期。但是,由于锁相环引起的噪声大,容易引起高速通信的设备因时钟基准不稳定,导致数据丢包、无法连接等问题,因此,可编程石英晶体振荡器同样不建议使用在通信行业。
简而言之,硅MEMS振荡器在电路中实现分频比较容易,若是倍频的话,就会产生很大的噪声,所以硅MEMS振荡器在高速通信系统中无法使用。而石英振荡器振荡的频率由石英晶片产生,石英具有压电效应,它是一种高Q值元件,振荡频率非常稳定,但是,如果同样对石英晶片产生的频率进行倍频,也会产生噪声。总之,倍频会产生更多的噪音,因此,不适用于通信行业。不过硅MEMS振荡器的优势是体积可以做得很小。现在市场上很对硅振荡器,如果对自己设计的方案没什么影响,也可以使用。不过还是使用石英振荡器相对会放心一些,毕竟石英晶体振荡器的发展时间比较长,不易出现一些未知的问题。所以,一般来说,能用硅振荡器的地方,就一定可以用石英振荡器;但是,能用石英振荡器的,硅振荡器不一定能够替代使用。
说道这里大家应该能够对新兴的硅振荡器未能够在振荡器之争中取得优势有个大概的了解了,虽然说目前硅振荡器运用领域比较小,但当今时代科技每天都在发生巨大的变化,士别三日当刮目相待也无法完全形容出它进步的飞速,因此在未来硅振荡器肯定会有所进步。