石英晶振与MEMS晶振两者的区别对比_技术

电子设备和通信系统设备的振荡器选择是影响系统性能的主要因素。目前振荡器有两种：

石英晶体振荡器是由石英晶体的基本结构构成，和一个简单的振荡器电路。

全硅MEMS谐振器，锁向电路，温度补偿，以及制造校准；MEMS硅晶振作为振荡源，需要PLL电路去校准频率制造公差和温度系数。

MEMS振荡器更适合高振动环境，非关键定时应用以及信号噪声比不重要的应用。像高速通信，复杂调制方案，出色的信噪比之类的应用，KOAN晶体振荡器将优于MEMS振荡器。石英材质拥有低抖动，极高的Q值，以及出色的时间和温度稳定性。下面我们将对比6个晶体振荡器和MEMS振荡器的6个参数。每个参数都是通信，工业，和消费领域的关键参数。

1. 温度稳定性

我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器从-40°C到+85°C，以一分钟增加2°C的速率进行对比频率温度稳定性的试验。石英晶体振荡器的频率与温度遵循 AT 切晶体的连续立方曲线，从 -40 到 +85°C 达到 ±15ppm。MEMS振荡器的频率与温度特性似乎优于晶体振荡器。然而，随着温度的上升，MEMS振荡器的锁向电路以离散步骤调整频率，频率温度曲线图呈锯齿状曲线。

此现象表明当温度上升，MEMS振荡器切换到温度补偿，导致频率跳跃，不稳定。在温度补偿方面，石英晶体振荡器中TCXO使用了模拟温度补偿和简单的温度补偿电路来实现从-40到+85°C，温度偏差在±1ppm以内，并且频率不会跳跃。TCXO最低的温度偏差可达到0.1ppm。

试验结果表明：KOAN石英振荡器的温度稳定性优于MEMS振荡器。

2. 相位噪声/抖动特性

我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行对比。

试验结果表明，KOAN石英振荡器的相位噪声优于MEMS振荡器。

3. 起振时间

具有快速启动功能的振荡器具有更短的唤醒周期和更长的电池寿命。这对消费者和家庭自动化应用非常重要，因为系统会快速打开和关闭以节省电池电量。我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行起振时间的对比。

试验结果表明：KOAN石英振荡器的起振时间快优于MEMS振荡器。

4. 短时稳定性

我们选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器，在25°C条件下，每隔0.1秒测量一次调整偏差，总共八分钟。频率变化以一次读数引用的 ppm 显示。石英振荡器的变化量小于±0.02ppm （20ppb）。试验数据表明石英振荡器和MEMS振荡器的设计和特性不一样。MEMS器件中的低Q值会导致频率变化。MEMS振荡器的ppm的快速变化表明温度补偿电路在时刻根据谐振器温度变化而变化。PPL电路中的数字变化，用于校正频率。石英振荡器有更好的Q值，并且不需要数字校正信号，因此短期稳定更好。