[经验]

使用MEMS振荡器代替晶体谐振器的 8 大理由（一）

2021-11-11 08:00:00

7792 晶振谐振器振荡器

每个电子系统都需要一个计时装置。晶体 (XTAL) 谐振器通常是首选解决方案。然而，与 XTAL 相比，将谐振器与振荡器 IC 配对成一个完整的集成计时器件的振荡器具有多项优势。 MEMS 计时技术进一步扩展了这些优势。系统设计人员不再需要解决 XTAL 的局限性，也不再需要接受使用晶体进行设计的麻烦和风险。

Sitime 即将在一个有源器件中包含一个 MEMS 器件和配套 IC，如图所示结构可实现、实现、灵活的一个产品，这些产品设计到系统中。

1. 即插即用振荡器简化系统设计

从表面上看，使用石英晶体的振荡器设计似乎很简单，尤其是考虑到这项技术的成熟度。但是，在将晶体与振荡器电路匹配时，需要考虑无数的设计参数。这些参数包括晶体运动阻抗、谐振模式、驱动电平和振荡器负电阻，它是振荡器增益的量度。此外，必须考虑并联谐振模式晶体的负载电容，它应该考虑 PCB 寄生电容和振荡器电路中可能包含的片上集成电容。

必须仔细考虑所有这些参数，以确保电路的可靠启动和运行。由于振荡器电路需要谐振器与振荡器电路紧密匹配，因此晶体供应商无法保证晶体的启动。相比之下，振荡器是一个完全集成的解决方案。振荡器制造商将石英谐振器与振荡器电路相匹配，从而减轻了电路板设计者的负担。由于消除了匹配错误，SiTIme 保证了振荡器的启动。简而言之，振荡器是一种即插即用的解决方案，可以极大地简化系统设计。

MEMS 振荡器消除了设计问题

晶体运动阻抗和振荡器负电阻

振荡器电路必须有足够的增益和相移才能满足振荡的巴克豪森准则。特别重要的是晶体的运动阻抗 (ESR) 和振荡器的负电阻（相当于增益）。如果振荡器的增益不足以克服石英谐振器的运动阻抗，则电路可能无法启动。使用振荡器可以消除这些问题。

晶体谐振模式、频率调谐电容和片上振荡器电容

石英晶体可以在串联或并联谐振模式下谐振，但通常只针对这两种模式中的一种进行校准。如果针对并联谐振进行校准，则它们需要通常指定的特定负载电容。但是，如果没有使用合适的电容，频率误差可能会超出数据表的规格。振荡器 IC 可能有也可能没有集成芯片电容，必须将其与来自印刷电路板连接、键合线和振荡器 IC 引线框架的任何寄生电容一起考虑在内，以确保最佳频率精度。

相比之下，MEMS 振荡器将谐振器和振荡器/PLL IC 集成到一个封装中，无需外部电容器来调谐谐振频率。

晶振驱动电平

必须注意确保振荡器电路不会过度驱动晶体谐振器。过度驱动谐振器会导致晶体谐振器加速老化，在极端情况下，它会损坏晶体。相比之下，MEMS 谐振器不会老化。