关于SiTime MEMS硅晶振的概念说明(二)

2021-10-11 16:27:16 3 0 0

MEMS


    微机电系统 (MEMS) 是具有移动部件的微型设备的技术。 在某些地区,这种技术被称为微型机器或微系统技术。 MEMS 从用于制造半导体器件的工艺技术发展而来。 因此,硅是制造 MEMS 元件最常用的材料。
    MEMS 技术广泛用于各种商业应用,包括加速度计、陀螺仪、麦克风和一系列传感器。 自2007 年以来,MEMS 已在商业上用作石英晶体谐振器的替代品,并开始量产。

活动性下降


    活动性下降是由主要共振模式与一种或多种存在但未被维持电路电激发的干扰模式的机械耦合引起的。 这些模式的共振频率随着环境温度的变化而变化。 在某些温度下,干扰模式的频率可能接近所需模式的频率,导致主模式失去能量。 这反过来又会导致谐振器等效电阻增加,表现为输出频率的偏移。
    这种转变通常是频率随温度变化特性的快速跳跃。 频率跳跃后,平滑的频率曲线继续沿与之前相似的轨迹运行,但由于跳跃而向上或向下移动。 这种快速的频率变化会导致系统问题,例如 PLL 解锁或数据包丢失。 基于石英的谐振器容易受到活性下降的影响。 然而,基于 SiTime MEMS 的谐振器没有活动下降。

老化


    老化是振荡器频率的变化,在特定时间段内以 ppm 为单位测量,通常以月或年为单位报告。 这种频率随时间的变化是由于振荡器内部的变化,而外部环境因素保持不变。
    关于基于 SiTime MEMS 的振荡器的注意事项:
    SiTime MEMS 振荡器的老化数据可提供长达 10 年的时间。 SiTime 振荡器的老化明显低于(优于)石英振荡器,因为 MEMS 谐振器采用真空密封在硅中,该工艺消除了可能影响老化的外来颗粒。

艾伦偏差


    艾伦偏差 (ADEV) 也称为短期频率稳定性,是时域中振荡器稳定性的量度。 它表示在称为平均时间的时间间隔内的频率变化。 艾伦偏差计算为连续频率测量中的均方根 (RMS) 变化。 平均时间通常在几毫秒到几千秒的范围内,具体取决于目标应用程序。 Allan 偏差的公式如下所示,其中 y 值表示相邻时钟周期之间的分数频率偏差值,M 是样本大小。


    艾伦偏差用于时钟振荡器,因为与标准偏差相比,它会收敛更多类型的振荡器噪声。 Allan 偏差收敛于白相位调制、闪烁相位调制、白频率调制、闪烁频率调制和随机游走频率。 对于闪烁游走频率调制和随机运行频率调制,艾伦偏差不收敛。

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