深入解析MEMS振荡器的八大关键参数

2018-10-24 10:28:21106100

当您选择电子元件时,首先想到的会是什么?或许是处理器,又或是系统的核心组件。然而,时钟——这个为所有信号提供精准“心跳”的关键元件,却常常被忽视。


虽然选择SiTime MEMS振荡器看似简单,但实际上,它涉及诸多影响系统性能的关键因素。那么,哪些规格和注意事项最为重要?


我们为您整理了一份简明指南,列出SiTime MEMS振荡器的核心参数及其重要性。当然,这只是冰山一角——如需更全面的解析,我们还准备了详细的术语表,涵盖更广泛的SiTime MEMS振荡器特性。



一、频率(Frequency)


频率是振荡器最基础的参数,表示输出信号的周期性重复率,单位为赫兹(Hz)。SiTime MEMS振荡器支持1 Hz至725 MHz的宽范围频率,并支持精确到6位小数,使系统性能优化更加灵活。频率设定方式多样:


  • (1)工厂编程(大批量生产)

  • (2)分销商编程(中等批量)

  • (3)客户实验室编程(小批量或调试需求)



二、频率稳定性(Frequency Stability)


频率稳定性是衡量振荡器性能的关键指标,通常以ppm(百万分之一)或ppb(十亿分之一)表示,数值越小,稳定性越高。影响因素包括:

  • (1)温度变化(如-40°C至85°C)

  • (2)初始偏移(25°C基准)

  • (3)老化效应(长期稳定性)

  • (4)电源电压波动

  • (5)输出负载变化



  • 三、信号模式(Output Signal Type)


芯片组或系统设计可选用单端或差分输出:


  • 单端(如LVCMOS):

  • (1)成本低,易实现

  • (2)适用于**≤166 MHz**的低频应用

  • (3)NanoDrive™技术可编程摆幅(低至200 mV),优化功耗与信号完整性


  • 差分(如LVPECL、LVDS、HCSL)

  • (1)抗噪声能力强,适合高频应用

  • (2)低抖动、低EMI,提升系统可靠性



四、电源电压(Supply Voltage)


以伏特(V)为单位的电源电压是操作振荡器所需的输入功率。电源电压通过VDD引脚为振荡器供电,有时也称为VDD


  • (1)单端振荡器:1.8V、2.5V、3.3V

  • (2)差分振荡器:2.5V~3.3V

  • (3)低电压选项:1.2V(适合电池供电设备)

  • (4)可编程电压:减少外部电平转换器需求



  • 五、电源电流(Supply Current)


以μA或mA表示的最大工作电流,直接影响系统功耗。测试时通常以无负载条件为基准。



六、工作温度


工作温度范围是数据表中指定所有振荡器参数的温度范围。常见温度范围如下:

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(1)商用级:0°C ~ 70°C 

(2)扩展商业:-20°C ~ 70°C

(3)工业级:-40°C ~ 85°C

(4)扩展工业级:-40°C ~ 105°C

(5)汽车等级:-40°C ~ 125°C

(6)军用:-55°C ~ 125°C


七、封装尺寸(Package Size)

MEMS振荡器通常采用金属,陶瓷或塑料封装。它们具有各种行业标准封装尺寸。焊盘(引脚)布置可能因供应商而异,但整体x-y尺寸是标准化的。下面列出了单端振荡器的常见振荡器封装尺寸,通常有4个引脚。差分振荡器有6个引脚。


2016(2.0×1.6mm)、3225(3.2×2.5mm)、5032(5.0×3.2mm)、7050(7.0×5.0mm)、1508 CSP(1.5×0.8mm)全球最小振荡器、SOT23-5、9775(9.7mm x 7.5mm)






八、 抖动(Jitter)


抖动是一个重要参数,尤其适用于数字通信应用。它是理想时钟信号的短期偏差,以皮秒(ps)或纳秒(ns)为单位。由于抖动可能是系统时序误差的主要原因之一,因此在评估总时序预算时考虑振荡器抖动至关重要。这不一定是一件简单的事情。振荡器制造商并非都以相同的方式指定抖动。抖动要求因应用而异,并且存在各种类型的抖动以及在频域中测量的集成相位抖动的不同积分范围。为了帮助解决这个问题,我们的术语表包括周期到周期(C2C)抖动,集成相位抖动(IPJ),长期抖动,周期抖动和相位噪声的定义。我们的时钟抖动定义和测量方法应用笔记提供了更多信息。


九、其它关键参数

  • (1)EMI抑制:降低电磁干扰

  • (2)启动时间:快速稳定输出

  • (3)可靠性指标:DPPM、MTBF、FIT率

  • (4)高阶稳定性参数:老化率、热滞后、Allan偏差等



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