全硅MEMS振蕩器與石英晶體振蕩器

作者： 揚(yáng)興科技 日期：2021-09-23 瀏覽量：

  石英晶體已經(jīng)在存在半個(gè)多世紀(jì)了，一直占居著絕大部分的時(shí)鐘頻率市場(chǎng)。石英晶體分為有源和無(wú)源兩大系列，從使用量來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)產(chǎn)品均選用成本較低的無(wú)源晶振，即石英晶體諧振器，所以無(wú)源晶振使用更廣泛。而全硅MEMS系列產(chǎn)品聲稱要替代的其實(shí)就是指有源晶振的部分，即石英晶體振蕩器，換個(gè)說(shuō)法如果要替代無(wú)源，恐怕就不是一個(gè)單一頻率器件之間的替代，而是要整合到主控IC里去，屬于主控IC的功能的擴(kuò)展，跟MEMS還沒(méi)有太大關(guān)系。所以我們重點(diǎn)客觀的對(duì)比分析的是全硅MEMS振蕩器和有源晶振的比較，認(rèn)識(shí)各自的特點(diǎn)。

  首先，從工作原理來(lái)看，MEMS振蕩器它是由一個(gè)全硅的MEMS諧振器(類似一顆無(wú)源石英諧振器)和一個(gè)可編程Analog CMOS驅(qū)動(dòng)芯片組成的。而石英晶體振蕩器它也是由一個(gè)石英晶體和一顆IC 組成的。他們之間的大體結(jié)構(gòu)，以及工作模型是一致的。然他們之間的不同，在于以下幾個(gè)方面：

  第一，諧振子的不同，即頻率源有本質(zhì)的區(qū)別，MEMS器件采用的靜電驅(qū)動(dòng)懸梁臂，以懸梁臂的諧振頻率作為基準(zhǔn)頻率,他可以通過(guò)程序任意倍頻而輸出各種需要的工作的頻率。而石英晶振利用的石英材料的壓電特性，用石英晶片的頻率作為工作頻率，其工作頻率就是里面的石英晶片的頻率;MEMS器件一個(gè)基準(zhǔn)頻率可以輸出很多的頻率;而石英晶振是基準(zhǔn)頻率就是其工作頻率;這正是全硅MEMS振蕩器的一個(gè)很重要的方便之處，其快速交貨能力正是來(lái)源于此，對(duì)比晶振工藝，晶振制程顯得比較復(fù)雜的原因所在。

  第二，驅(qū)動(dòng)芯片的特性，MEMS采用的是可編程CMOS芯片，故輸出只能是方波;而石英晶振所使用的芯片就比MEMS廣泛，所以其輸出特性不僅僅有方波，還有正弦波等各種波形。全硅MEMS振蕩器只能輸出方波，所以在對(duì)輸出有特別要求的場(chǎng)合下，全硅MEMS振蕩器可能滿足不了客戶需求，而這又凸顯是石英晶體振蕩器的性能的全面性。

  第三，材料及封裝結(jié)構(gòu)，從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，確實(shí)是MEMS的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，晶圓的制造工藝，在結(jié)構(gòu)上和產(chǎn)品小型化方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì);而使用晶振在體積超小型化方面，因受到材料特性，以及工藝條件出現(xiàn)瓶頸，同時(shí)在成本上也明顯不占有優(yōu)勢(shì)。

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