使用SiTime MEMS硅晶振有许多好处 - 从低功耗和高性能到可靠性和弹性。
MEMS作为微电子机械系统身就很小。硅晶振可实现极端扩展。无论是单独的谐振器还是与其控制电子器件(例如,振荡器IC)组合的封装部件,其范围从几毫米到几分之一毫米。MEMS振荡器硅晶振通常由堆叠在硅混合信号IC上的MEMS谐振器组成。由于MEMS硅晶振的主要元件是硅,因此可以应用先进的半导体封装威廉希尔官方网站 ,如晶圆级芯片级封装(WL-CSP),从而创建一个与硅芯片大小相当的振荡器。该SEM图像显示了CSP振荡器,其不需要塑料,陶瓷或金属来容纳芯片。
更高的稳定性
关于你可能不知道的一些事实......硅比钛强15倍。事实上,MEMS谐振器的移动质量比石英谐振器小3000倍,并且您可以获得高度可靠的器件。这种小质量减小了加速度施加到MEMS谐振器的力。(还记得牛顿的第二运动定律吗?)此外,我们的谐振器采用坚硬的硅中心锚定结构设计,并采用先进的模拟威廉希尔官方网站 控制,使其更耐机械力。凭借较小的力和我们的专有设计,冲击和振动不会破坏性能。抖动改善,频率跳跃消失,整体可靠性大大提高。
增加系统集成
与石英晶体不同,微型MEMS谐振器可以集成到SoC和多芯片模块中。类似于MEMS如何与振荡器IC组合以制造振荡器,硅MEMS谐振器可以与其他硅芯片封装在一起。例如,MEMS可以嵌入到收发器中的调制解调器中,或者作为微控制器内的实时时钟。这些定时集成系统似乎没有外部定时参考。没有外部频率参考的无线电将看起来像没有参考的无线电。当然,参考文献仍将存在,只有它才会被整合。除了更小的尺寸外,该系统更可靠,坚固且功率更低。
降低杂散电容,降低相位噪声
噪音可能对系统造成严重破坏。那么尺寸如何帮助?当谐振器很小并位于其读出放大器附近时,放大器输入端的杂散电容会减小。顾名思义,杂散电容是不需要的电容,它直接和成比例地影响放大器的输入噪声。要理解这一概念,请考虑高阻抗放大器(如CMOS FET)上的电压噪声,通过杂散输入电容转换为输入电流噪声,或通过杂散输入将低阻抗放大器的电流噪声转换为电压噪声电容。两者都与电容成比例。然后,此输入噪声与放大器的输出相位噪声成反比。低相位噪声对几乎所有应用都很重要。
扩展电路功能
随着附近的集成电路,在MEMS硅晶振中包含更多功能越来越实用,为它们提供了更多的灵活性和功能。今天的MEMS振荡器通常包括分数N PLL,以将内部谐振器频率转换为所需的输出频率。这些PLL还可以在整个温度范围内补偿谐振器频率并调整初始偏移。此外,PLL可以调制输出,例如通过扩频来降低EMI,或调整用于跟踪外部信号的频率。可以扩展这些电路以提供相关频率或受控相位的多个输出。可以认为这些系统不是振荡器,而是频率合成器。
关闭热耦合
TCXO(温补振荡器)是一种通过测量和补偿温度来提供精确频率的振荡器。传统的石英TCXO可以做到这一点,但由于晶体谐振器和补偿测量电路之间的距离,反馈环路存在滞后现象。这在具有显着热梯度的现代电子系统中引起问题,这可能由许多动态条件引起。例如,电源管理系统循环电路块功率。冷却风扇迅速下降。
为了克服宽温度和快速温度波动的影响,应尽可能靠近谐振器测量温度。这就是全硅MEMS器件的小尺寸和内聚特性变得特别有益的地方。MEMS谐振器,MEMS传感器和最新一代MEMS TCXO中的高级补偿电路非常接近(如上图所示),使这些器件能够精确测量并几乎立即响应微小的μKevin温度变化。这些振荡器采用DualMEMS™设计(一个用于谐振器,另一个用于传感器),旨在提供最精确的温度补偿和特别低的噪声。
全硅元件的使用使MEMS定时遵循摩尔定律,即随着时间的推移加速改进,将更多的空间包装到更小的空间中。这种缩放使微机械硅谐振器相对于其他机械(非硅)谐振器具有明显的优势。除了小型化之外,MEMS还在稳健性和前所未有的集成方面实现了显着改进。此外,还具有系统紧凑性和内聚性所带来的性能和功能优势。随着我们在机械和集成电路设计以及制造能力方面的进步,这些优势将逐步升级。
ymf
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