使用MEMS硅晶振有很多好處-從低功耗和高性能到可靠性和彈性。而且,當(dāng)然,尺寸很小。探討了MEMS小型化,其支持電路和全硅方法帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。晶振商城將介紹包裝尺寸,以及一些影響不大的微系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。
小包裝
顯而易見(jiàn),作為微機(jī)電系統(tǒng),MEMS本質(zhì)上很小。硅可以實(shí)現(xiàn)極高的縮放比例。封裝的零件,無(wú)論是單獨(dú)的晶振,還是與它們的控制電子設(shè)備(例如,振蕩器IC)組合的零件,范圍都從幾毫米到幾毫米。MEMS振蕩器通常由堆疊在硅混合信號(hào)IC上的硅MEMS晶振組成。而且由于MEMS振蕩器的主要元素是硅,因此可以應(yīng)用先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝技術(shù),例如晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝(WL-CSP),從而創(chuàng)建出的振蕩器實(shí)質(zhì)上是硅芯片的大小。該SEM圖像顯示CSP振蕩器不需要塑料,陶瓷或金屬即可容納芯片。
1.更堅(jiān)固
關(guān)于某些事實(shí),您可能不知道……硅比鈦強(qiáng)15倍*。加上MEMS晶振的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量比石英晶振小3,000倍的事實(shí),您就會(huì)獲得一個(gè)堅(jiān)固耐用的設(shè)備。這種小的質(zhì)量減小了加速度施加到MEMS晶振的力。(還記得牛頓的第二運(yùn)動(dòng)定律嗎?)此外,我們的晶振采用堅(jiān)固的硅中心錨定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用先進(jìn)的模擬技術(shù)進(jìn)行控制,從而使其對(duì)機(jī)械力的抵抗力更強(qiáng)。用更少的摹力和我們的專(zhuān)利設(shè)計(jì),沖擊和振動(dòng)不會(huì)破壞性能。抖動(dòng)得到改善,頻率跳躍消失,整體可靠性大大提高。下載我們的沖擊和振動(dòng)論文了解有關(guān)MEMS晶振彈性的更多信息。
2.增加系統(tǒng)集成
與石英晶體不同,微型MEMS晶振可以集成到SoC和多芯片模塊中。與將MEMS與振蕩器IC組合在一起以制成振蕩器的方式類(lèi)似,硅MEMS晶振可以與其他硅芯片封裝在一起。例如,MEMS可以嵌入收發(fā)器中的調(diào)制解調(diào)器中,或者作為微控制器中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘嵌入。這些晶振集成系統(tǒng)似乎沒(méi)有外部晶振參考。沒(méi)有外部頻率參考的無(wú)線(xiàn)電將看起來(lái)像沒(méi)有參考的無(wú)線(xiàn)電。當(dāng)然,參考仍然會(huì)存在,只有它會(huì)被集成。除了體積更小之外,該系統(tǒng)更可靠,更耐用且功耗更低。
3.減少雜散電容,減少相位噪聲
噪聲可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。那么尺寸如何提供幫助呢?當(dāng)晶振很小并且位于其讀出放大器附近時(shí),放大器輸入上的雜散電容會(huì)減小。雜散電容,顧名思義,是不想要的電容,它直接成比例地影響放大器的輸入噪聲。為了理解這個(gè)概念,可以考慮將高阻抗放大器(例如CMOS FET)上的電壓噪聲通過(guò)雜散輸入電容轉(zhuǎn)換為輸入電流噪聲,或?qū)⒌妥杩狗糯笃鞯碾娏髟肼曂ㄟ^(guò)雜散輸入轉(zhuǎn)換為電壓噪聲。電容。兩者均與電容成正比。然后,此輸入噪聲與放大器的輸出相位噪聲成反比。相位噪聲對(duì)于幾乎所有應(yīng)用都很重要。
4.擴(kuò)展電路功能
隨著附近的集成電路的出現(xiàn),在MEMS振蕩器中包含更多功能變得越來(lái)越實(shí)用,從而賦予它們更多的靈活性和功能。當(dāng)今的MEMS振蕩器通常包括小數(shù)N分頻PLL,以將內(nèi)部晶振頻率轉(zhuǎn)換為所需的輸出頻率。這些PLL還可以補(bǔ)償溫度范圍內(nèi)的晶振頻率并調(diào)整初始偏移量。此外,PLL可以調(diào)制輸出,例如以降低擴(kuò)頻的EMI,或調(diào)整頻率以跟蹤外部信號(hào)。這些電路可以擴(kuò)展為提供相關(guān)頻率或受控相位的多個(gè)輸出。人們可以將這些系統(tǒng)視為振蕩器,而不是頻率合成器。
5.封閉熱耦合
TCXO(溫度補(bǔ)償振蕩器)是一種通過(guò)測(cè)量和補(bǔ)償溫度來(lái)提供精確頻率的振蕩器。傳統(tǒng)的石英TCXO可以做到這一點(diǎn),但是由于晶體晶振和補(bǔ)償測(cè)量電路之間的距離,反饋環(huán)路存在滯后。這在具有顯著的熱梯度的現(xiàn)代電子系統(tǒng)中引起問(wèn)題,這可能是由許多動(dòng)態(tài)條件引起的。例如,電源管理系統(tǒng)對(duì)電路塊的電源進(jìn)行循環(huán)。散熱風(fēng)扇會(huì)迅速降低環(huán)境溫度。更不用說(shuō)您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)的所有外部環(huán)境壓力源,例如在沙漠或汽車(chē)中運(yùn)行的室外設(shè)備。
雙重記憶
為了克服寬而快速的溫度波動(dòng)的影響,應(yīng)在盡可能靠近晶振的位置測(cè)量溫度。在這里,全硅MEMS器件的小尺寸和內(nèi)聚性變得尤為有益。新一代MEMS TCXO中的MEMS晶振,MEMS傳感器和先進(jìn)的補(bǔ)償電路非常接近(如上圖所示),使這些器件能夠準(zhǔn)確地測(cè)量并幾乎立即響應(yīng)溫度的微小µKevin變化。這些振蕩器采用DualMEMS™設(shè)計(jì)(一個(gè)用于晶振,另一個(gè)用于傳感器)旨在提供最準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償,并且噪聲特別低。下載我們的DualMEMS紙或查看我們的精密TCXO小號(hào)了解更多。
少花錢(qián)
全硅元件的使用使MEMS晶振遵循了摩爾定律,即隨著時(shí)間的推移,將更多的器件封裝在更小的空間中。相對(duì)于其他機(jī)械(非硅)晶振,這種縮放比例使微加工的硅晶振具有明顯的優(yōu)勢(shì)。除小型化外,MEMS還極大地提高了堅(jiān)固性和空前的集成度。由于系統(tǒng)的緊湊性和內(nèi)聚性,加上性能和功能優(yōu)勢(shì)。隨著我們?cè)跈C(jī)械和集成電路設(shè)計(jì)以及制造能力方面的進(jìn)步,這些優(yōu)勢(shì)將不斷升級(jí)。