MEMS技术助无线设备摆脱晶振,压电振子或成新宠

MEMS技术助无线设备摆脱晶振,压电振子或成新宠,第1张

日本东京工业大学和日本信息通信研究机构(NICT)开发出了可以使无线通信电路不再使用晶体振荡器的电路技术,使用的是可通过MEMS(微纳机电系统)技术等集成在芯片中的振子。

现有的无线通信电路在提供RF(射频)信号基准频率的LO(局部振荡电路)中使用晶体振荡器。比如,发送数百MH~数GHz RF信号的LO由能够使40MHz等晶体振荡器的输出倍增的PLL电路构成。利用此次的技术可省去原本必需的高精度且价格昂贵的40MHz晶体振荡器。不过,需要很多嵌入设备等使用的32kHz晶体振荡器构成的时钟

东京工业大学未来产业技术研究所副教授伊藤浩之介绍说,不是去掉32kHz、而是RF信号用晶体振荡器,是因为“RF信号用晶体振荡器仍是无线通信电路设计中的一个课题”。32kHz晶体振荡器在MCU等器件上用的很多而且价格便宜,使其将来能集成到IC中或内置到IC封装内的研发也在进行中。 



使用压电振子

此次,为了去掉40MHz晶振,采用了由MEMS技术构成的、可集成到IC中的振子。振子试制品采用共振频率为数GHz的外置压电元件。

  

 

新开发的电路由压电振子和采用32kHz晶体振荡器的两级时钟电路构成。前一级是压电振子构成的时钟发生电路,还具有以32kHz时钟源为基准检测压电元件频率变动和相位位移的功能。后一级是补偿频率变动和相位位移的时钟调整电路。将频率变动和相位位移控制在无线通信电路的要求范围内。

使用压电振子还有一个好处,就是容易获得无线通信电路所需要的低相位位移(相位噪声)。由于晶振输出信号的频率(振子的共振频率)取决于形状,因此不容易提高。用于数GHz及数十GHz等RF信号时,要提高倍增比率,因此精度(相位噪声)可能会变差。而压电振子等MEMS产品容易将共振频率做到GHz级,可以抑制倍增引起的信号劣化。 

试制品的压电振子采用了市售品。两级时钟电路采用的是台积电的65nm工艺产品。

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