近年來出現了幾種替代技術作為石英晶振的替代品,包括MEMS振蕩器和CMOS振蕩器.另一種潛在的石英替代品是壓電轉換的pMEMS諧振器,特別適用于高頻,低相位噪聲參考應用.

設備性能

除了克服石英晶體和傳統MEMS的更高原生頻率挑戰外,IDT研究了各種石英限制:

•活動萎縮:困擾XO的一個眾所周知的問題是由于活動萎縮導致的間歇性失敗.這些故障影響石英晶體諧振器的頻率和電阻(即Q).干擾模式,例如高泛音彎曲模式,通常會導致活動下降.它們受到晶體驅動電平和負載電抗的強烈影響.MEMS振蕩器不會發生活動下降,因為MEMS諧振器會抑制溫度范圍內的不需要的模式以及可能損害基于晶體的振蕩器的工藝變化.

•沖擊和振動靈敏度:MEMS可編程晶振的可靠性得到改善,部分原因在于提高了半導體級的抗沖擊和抗振性.標準石英器件往往易碎,因為晶體是金屬或陶瓷封裝-50至100克的沖擊會使晶體破裂.因此,制造商必須實施特定的存儲,包裝和運輸協議,以避免不小心處理.

測試pMEMS振蕩器對沖擊和振動的抵抗力揭示了一個不同的故事.結果表明,這些裝置可以輕松存活超過1500克的沖擊和20克的振動(圖1).

結果表明,pMEMS器件通過軍事振動和沖擊試驗.

小尺寸的pMEMS諧振器可以提高可靠性.也就是說,質量越小,振動/沖擊靈敏度越好.除滿足軍用級沖擊/振動規格外,pMEMS設備在70,000g沖擊試驗后仍能正常工作.

•頻率穩定性:為了測量長期頻率穩定性,塑料QFN封裝的pMEMS器件經受長期老化(即頻率漂移)測試.將塑料封裝的pMEMS諧振器與石英裝置一起放置在溫控室中.

在25°C時,pMEMS器件在21個月的時間內顯示出小于±2.5ppm的頻率變化,這比典型的±5ppm的晶振性能(圖2)更好.此外,在125°C下測試時,pMEMSdevices在4500小時內顯示出小于±3ppm的頻率漂移,而石英對應的典型值為±10ppm.

2.在25℃下21個月的10pMEMS諧振器的老化測量顯示頻率變化小于±2.5ppm.

其他好處

基于MEMS的產品的其他優點包括與表面貼裝貼片晶振組裝工藝的自然兼容性和較短的交付周期.因此,供應商和用戶(電子制造商)可以保持較小的設備庫存,同時降低供應短缺的風險.此外,MEMS振蕩器支持低至625MHz頻率的低壓差分信號(LVDS)和低壓正射極耦合邏輯(LVPECL)輸出,這是大多數通信,網絡和高性能計算應用所必需的.

為了確定實際性能,IDT晶振在三個應用中實現了亞ps抖動(12kHz-20MHz)pMEMS振蕩器-網絡,FPGA和存儲各一個(圖2).這些應用的演示已經在公司的各種展覽攤位上看到.