MEMS振蕩器與石英技術

(b)的短期穩定度

圖2 MEMS1諧振振蕩器

1～100kHz部分反映了設計的相關信息。MEMS振蕩器采用鎖相環(PLL)設計，在該設計中MEMS諧振器由M/N合成環路的VCO鎖相。MEMS振蕩器的相位噪聲水平是PLL環路帶寬、VCO選擇性與主要諧振器的Q值共同影響的結果。石英諧振器器件工作在輸出頻率，且在輸出端沒有PLL的附加噪聲信號。
相位噪聲可在確定的頻率區間上積分并從頻域轉換至時域，以提供抖動值的均方根，如表1所示。這是計算基于石英晶體的諧振器抖動的常規作法，石英晶體的抖動性能通常等于或超過最好的示波器。

短期穩定度
如圖2所示，此處給出的短期穩定度數據是在8分鐘內每隔0.1s測量穩定在25℃（誤差僅零點幾度）的振蕩器的頻率值。各部分均由安捷倫53152頻率計數器測試，該計數器利用銣原子頻率標準參考源進行工作。頻率變化以第一次讀數的百萬分率為單位顯示在圖中。

BAW振蕩器的圖表（此處不再列出，但在完整研究報告中可找到）為大多數人所熟知。對于相同的測試，典型的BAW振蕩器偏差低于±0.02ppm，這樣會在零偏差圖表線處形成一條直線。

數據表明兩種技術并不完全一樣，同時展示了不同器件的設計與特性。
● MEMS器件的低Q值導致更嚴重的頻率偏差。
● MEMS器件顯示了每百萬分之幾的階躍變化。這是校正諧振器溫度變化的溫度補償電路的特性。該特性可列成PLL電路中的數字變化表從而校正頻率。
● MEMS1與MEMS2的設計(兩個不同制造商)在數字補償切換頻率上完全不同。
● BAW晶體諧振器更穩定，從而具有更高的諧振器Q值，且沒有數字校正信號。
該研究采用已有測量技術對商用BAW與MEMS振蕩器的多種不同電特性進行了比較，在此基礎上進行了部分討論，并在表2中做了相應總結。結果表明，兩種技術是不可互換的。頻率偏差、MEMS振蕩器的低Q值與數字溫度補償都造成了許多應用中不可接受的頻率波動。

過去嘗試以數字方式實現BAW振蕩器的溫度補償在市場上沒有成功，原因在于補償階躍，盡管事實上它比MEMS振蕩器中采用的步長明顯小很多。例如，目前手機的溫度補償晶體振蕩器(TCXO)均采用模擬補償。
MEMS振蕩器看起來非常適用于高振動環境、對定時要求不高的應用以及信噪比要求不高的應用。而具有復合調制方案、非常高速的通信或需要極佳的信噪比性能的應用(如A/D轉換器)仍將繼續通過BAW器件定時，利用石英的高Q值以及極佳的溫度穩定性。