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来源：http://www.ftklrm.cn 作者：康比电子 2023年06月28
晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
晶体 VS MEMS振荡器的性能
摘要
电子设备和通信系统设备的振荡器的选择是影响系统性能的一个主要因素。在这个应用说明中，我们已经测量并将比较两种不同类型的振荡器：
1，一个基本的石英晶体振荡器和
2，一种MEMS（微机电系统）振荡器
振荡器的结构与特性
晶体振荡器由一个基本模石英晶体的基本结构和一个简单的振荡器电路组成。
相比之下，MEMS振荡器具有复杂的结构，包括谐振器、分数n PLL、温度补偿和制造校准。一个MEMS振荡器使用一个硅谐振器作为振荡源，并需要一个PLL电路来校正制造公差和温度系数的频率。
晶体振荡器与MEMS振荡器性质的比较
我们测量了一个晶体振荡器和一个MEMS振荡器，并比较了四个参数，每个参数都被认为对通信、工业和消费电子设备的设计至关重要。
1. 相位噪声和相位抖动
2. 功耗耗电量
3. 振荡器的启动特性
4. 频率和温度特性
比较：
1，相位噪声和相位抖动
我们考虑了三个频率（40MHz，100MHz和156.25MHz），并将晶体振荡器与相同频率的MEMS振荡器进行了比较。实验室测量表明，在所有频率下，晶体振荡器的相位噪声比MEMS振荡器好得多。这两种振荡器的测量相位噪声可以在下面的图1-6中看到。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
测试结果：三种被测试的晶体振荡器都比三种MEMS振荡器有更好的抖动
2，功耗
40MHz晶体振荡器和40MHz MEMS振荡器的功耗如下图7所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
试验结果：
MEMS振荡器电路的增加提高了该设备的总功耗。MEMS晶振吸收了大约15 mA的功率，大约比晶体振荡器多5倍，使用在硅振荡器、PLL和LCVCO中增加的电流来减少抖动。
3，振荡器的启动特性
40MHz晶体振荡器和40MHz MEMS振荡器的振荡器启动特性如下图8所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
一个具有快速启动速度的振荡器受益于更短的唤醒周期和更长的电池寿命。这对于消费者和家庭自动化应用程序非常重要，因为这些系统可以快速打开和关闭，以节省电池电量。
试验结果：
石英晶体振荡器比MEMS振荡器发射得更快，也更恒定。
4，频率和温度特性
测量了40MHz频率和125MHz频率的MEMS振荡器和晶体振荡器的频率温度特性，首先达到稳定的低温，然后以+2.0°C/分钟的速率提高到+85°C的温度。测试结果如下图9-12所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
频率 VS 石英晶体振荡器的温度遵循AT晶体的连续立方曲线，从-40到+85°C的±值为15ppm。这对于大多数应用程序来说已经足够了。
最初，MEMS振荡器的频率与温度的特性似乎优于晶体振荡器。然而，MEMS振荡器的分数-n PLL电路以离散的步骤调整频率，以纠正硅谐振器的极高的温度系数（30ppm/°C或3750ppm从-40到+85°C）的温度系数。
这可以通过图9-12中的MEMS振荡器图的锯齿状温度曲线来说明，它揭示了当除法比切换以补偿温度变化时的频率跳跃。
温度补偿石英晶体振荡器（TCXO）使用模拟温度补偿和一个简单的温度补偿电路，可以从-40到+85°C达到1ppm，而不经历这些频率跳跃。TCXOs以低成本的价格广泛使用，温度稳定性低至±0.1ppm。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
晶体OSC与MEMS OSC的针脚兼容性
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6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
总结：
MEMS振荡器似乎适合于高振动环境、非临界定时应用以及信噪比不关键的应用。
具有复杂的调制方案，非常高速的通信，或需要优异的信噪比性能（即A到D转换器）的应用程序将继续由晶体振荡器计时，利用石英的低抖动、异常高的Q和良好的时间和温度稳定性。
晶体 VS MEMS振荡器的性能
摘要
电子设备和通信系统设备的振荡器的选择是影响系统性能的一个主要因素。在这个应用说明中，我们已经测量并将比较两种不同类型的振荡器：
1，一个基本的石英晶体振荡器和
2，一种MEMS（微机电系统）振荡器
振荡器的结构与特性
晶体振荡器由一个基本模石英晶体的基本结构和一个简单的振荡器电路组成。
相比之下，MEMS振荡器具有复杂的结构，包括谐振器、分数n PLL、温度补偿和制造校准。一个MEMS振荡器使用一个硅谐振器作为振荡源，并需要一个PLL电路来校正制造公差和温度系数的频率。
晶体振荡器与MEMS振荡器性质的比较
我们测量了一个晶体振荡器和一个MEMS振荡器，并比较了四个参数，每个参数都被认为对通信、工业和消费电子设备的设计至关重要。
1. 相位噪声和相位抖动
2. 功耗耗电量
3. 振荡器的启动特性
4. 频率和温度特性
比较：
1，相位噪声和相位抖动
我们考虑了三个频率（40MHz，100MHz和156.25MHz），并将晶体振荡器与相同频率的MEMS振荡器进行了比较。实验室测量表明，在所有频率下，晶体振荡器的相位噪声比MEMS振荡器好得多。这两种振荡器的测量相位噪声可以在下面的图1-6中看到。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
测试结果：三种被测试的晶体振荡器都比三种MEMS振荡器有更好的抖动
| MHz | Phase Jitter | |
| MEMS Oscillator | Crystal Oscillator | |
| 40,0 | 5.67ps | 0.19ps |
| 100,0 | 2.61ps | 0.07ps |
| 156,25 | 1.87ps | 0.03ps |
2，功耗
40MHz晶体振荡器和40MHz MEMS振荡器的功耗如下图7所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
试验结果：
MEMS振荡器电路的增加提高了该设备的总功耗。MEMS晶振吸收了大约15 mA的功率，大约比晶体振荡器多5倍，使用在硅振荡器、PLL和LCVCO中增加的电流来减少抖动。
3，振荡器的启动特性
40MHz晶体振荡器和40MHz MEMS振荡器的振荡器启动特性如下图8所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
一个具有快速启动速度的振荡器受益于更短的唤醒周期和更长的电池寿命。这对于消费者和家庭自动化应用程序非常重要，因为这些系统可以快速打开和关闭，以节省电池电量。
试验结果：
石英晶体振荡器比MEMS振荡器发射得更快，也更恒定。
4，频率和温度特性
测量了40MHz频率和125MHz频率的MEMS振荡器和晶体振荡器的频率温度特性，首先达到稳定的低温，然后以+2.0°C/分钟的速率提高到+85°C的温度。测试结果如下图9-12所示。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
频率 VS 石英晶体振荡器的温度遵循AT晶体的连续立方曲线，从-40到+85°C的±值为15ppm。这对于大多数应用程序来说已经足够了。
最初，MEMS振荡器的频率与温度的特性似乎优于晶体振荡器。然而，MEMS振荡器的分数-n PLL电路以离散的步骤调整频率，以纠正硅谐振器的极高的温度系数（30ppm/°C或3750ppm从-40到+85°C）的温度系数。
这可以通过图9-12中的MEMS振荡器图的锯齿状温度曲线来说明，它揭示了当除法比切换以补偿温度变化时的频率跳跃。
温度补偿石英晶体振荡器（TCXO）使用模拟温度补偿和一个简单的温度补偿电路，可以从-40到+85°C达到1ppm，而不经历这些频率跳跃。TCXOs以低成本的价格广泛使用，温度稳定性低至±0.1ppm。
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
晶体OSC与MEMS OSC的针脚兼容性
6G晶振X1G0036910116晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
总结：
MEMS振荡器似乎适合于高振动环境、非临界定时应用以及信噪比不关键的应用。
具有复杂的调制方案，非常高速的通信，或需要优异的信噪比性能（即A到D转换器）的应用程序将继续由晶体振荡器计时，利用石英的低抖动、异常高的Q和良好的时间和温度稳定性。
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此文关键字： 晶体振荡器
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