近年来出现了几种替代技术作为石英晶振的替代品,包括MEMS振荡器和CMOS振荡器.另一种潜在的石英替代品是压电转换的pMEMS谐振器,特别适用于高频,低相位噪声参考应用.
设备性能
除了克服石英晶体和传统MEMS的更高原生频率挑战外,IDT研究了各种石英限制:
•活动萎缩:困扰XO的一个众所周知的问题是由于活动萎缩导致的间歇性失败.这些故障影响石英晶体谐振器的频率和电阻(即Q).干扰模式,例如高泛音弯曲模式,通常会导致活动下降.它们受到晶体驱动电平和负载电抗的强烈影响.MEMS振荡器不会发生活动下降,因为MEMS谐振器会抑制温度范围内的不需要的模式以及可能损害基于晶体的振荡器的工艺变化.
•冲击和振动灵敏度:MEMS可编程晶振的可靠性得到改善,部分原因在于提高了半导体级的抗冲击和抗振性.标准石英器件往往易碎,因为晶体是金属或陶瓷封装-50至100克的冲击会使晶体破裂.因此,制造商必须实施特定的存储,包装和运输协议,以避免不小心处理.
测试pMEMS振荡器对冲击和振动的抵抗力揭示了一个不同的故事.结果表明,这些装置可以轻松存活超过1500克的冲击和20克的振动(图1).
结果表明,pMEMS器件通过军事振动和冲击试验.
小尺寸的pMEMS谐振器可以提高可靠性.也就是说,质量越小,振动/冲击灵敏度越好.除满足军用级冲击/振动规格外,pMEMS设备在70,000g冲击试验后仍能正常工作.
•频率稳定性:为了测量长期频率稳定性,塑料QFN封装的pMEMS器件经受长期老化(即频率漂移)测试.将塑料封装的pMEMS谐振器与石英装置一起放置在温控室中.
在25°C时,pMEMS器件在21个月的时间内显示出小于±2.5ppm的频率变化,这比典型的±5ppm的晶振性能(图2)更好.此外,在125°C下测试时,pMEMSdevices在4500小时内显示出小于±3ppm的频率漂移,而石英对应的典型值为±10ppm.
2.在25℃下21个月的10pMEMS谐振器的老化测量显示频率变化小于±2.5ppm.
其他好处
基于MEMS的产品的其他优点包括与表面贴装贴片晶振组装工艺的自然兼容性和较短的交付周期.因此,供应商和用户(电子制造商)可以保持较小的设备库存,同时降低供应短缺的风险.此外,MEMS振荡器支持低至625MHz频率的低压差分信号(LVDS)和低压正射极耦合逻辑(LVPECL)输出,这是大多数通信,网络和高性能计算应用所必需的.
为了确定实际性能,IDT晶振在三个应用中实现了亚ps抖动(12kHz-20MHz)pMEMS振荡器-网络,FPGA和存储各一个(图2).这些应用的演示已经在公司的各种展览摊位上看到.
