近年來出現(xiàn)了幾種替代技術(shù)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(zhuǎn)換的pMEMS諧振器,特別適用于高頻,低相位噪聲參考應(yīng)用.

設(shè)備性能

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

•活動(dòng)萎縮:困擾XO的一個(gè)眾所周知的問題是由于活動(dòng)萎縮導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致活動(dòng)下降.它們受到晶體驅(qū)動(dòng)電平和負(fù)載電抗的強(qiáng)烈影響.MEMS振蕩器不會(huì)發(fā)生活動(dòng)下降,因?yàn)镸EMS諧振器會(huì)抑制溫度范圍內(nèi)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(dòng)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(dǎo)體級(jí)的抗沖擊和抗振性.標(biāo)準(zhǔn)石英器件往往易碎,因?yàn)榫w是金屬或陶瓷封裝-50至100克的沖擊會(huì)使晶體破裂.因此,制造商必須實(shí)施特定的存儲(chǔ),包裝和運(yùn)輸協(xié)議,以避免不小心處理.

測(cè)試pMEMS振蕩器對(duì)沖擊和振動(dòng)的抵抗力揭示了一個(gè)不同的故事.結(jié)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(dòng)(圖1).

結(jié)果表明,pMEMS器件通過軍事振動(dòng)和沖擊試驗(yàn).

小尺寸的pMEMS諧振器可以提高可靠性.也就是說,質(zhì)量越小,振動(dòng)/沖擊靈敏度越好.除滿足軍用級(jí)沖擊/振動(dòng)規(guī)格外,pMEMS設(shè)備在70,000g沖擊試驗(yàn)后仍能正常工作.

•頻率穩(wěn)定性:為了測(cè)量長期頻率穩(wěn)定性,塑料QFN封裝的pMEMS器件經(jīng)受長期老化(即頻率漂移)測(cè)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(shí),pMEMS器件在21個(gè)月的時(shí)間內(nèi)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(cè)試時(shí),pMEMSdevices在4500小時(shí)內(nèi)顯示出小于±3ppm的頻率漂移,而石英對(duì)應(yīng)的典型值為±10ppm.

2.在25℃下21個(gè)月的10pMEMS諧振器的老化測(cè)量顯示頻率變化小于±2.5ppm.

其他好處

基于MEMS的產(chǎn)品的其他優(yōu)點(diǎn)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(yīng)商和用戶(電子制造商)可以保持較小的設(shè)備庫存,同時(shí)降低供應(yīng)短缺的風(fēng)險(xiǎn).此外,MEMS振蕩器支持低至625MHz頻率的低壓差分信號(hào)(LVDS)和低壓正射極耦合邏輯(LVPECL)輸出,這是大多數(shù)通信,網(wǎng)絡(luò)和高性能計(jì)算應(yīng)用所必需的.

為了確定實(shí)際性能,IDT晶振在三個(gè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了亞ps抖動(dòng)(12kHz-20MHz)pMEMS振蕩器-網(wǎng)絡(luò),FPGA和存儲(chǔ)各一個(gè)(圖2).這些應(yīng)用的演示已經(jīng)在公司的各種展覽攤位上看到.