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晶振硅 石英晶振和硅晶振:原理和参数对比
发布时间 : 2024-10-06
作者 : 小编
访问数量 : 23
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石英晶振和硅晶振:原理和参数对比

石英晶体是一种压电材料,具有压电效应。KOAN晶振是石英晶振,无源和有源多种型号均可满足您的需求。我们的专业销售团队可以根据不同的应用领域,为您精准化匹配晶振参数。晶体在受到机械应力时,会在晶体内部产生电荷分离,从而形成电压差。

硅晶振不具备类似于石英的压电效应,而是利用硅材料的机械特性和微机电系统(MEMS)技术。当施加电场时,微结构会受到电场力的作用而振动,产生稳定的频率输出。

参数对比

KOAN凯擎小妹建议您如果需要更高的精确度和稳定性,石英晶振可能是更好的选择。而如果对尺寸、功耗和成本有更高的要求,硅晶振可能更适合。

石英的优势:稳定性、相位噪声和抖动、起振时间硅的优势:抗震性、功耗和尺寸、成本

稳定性: 石英晶振

石英晶振具有更高的频率准确度和稳定性。虽然技术不断进步,但通常情况下硅晶振的稳定性和精确度可能不如石英振荡器。

相位噪声和抖动: 石英晶振

凯擎小妹选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行对比。KOAN石英振荡器的相位噪声优于MEMS振荡器。

起振时间: 石英晶振

凯擎小妹选取了同样频率的石英振荡器和MEMS振荡器进行起振时间的对比。KOAN石英振荡器的起振时间快优于MEMS振荡器。

抗震性: 硅晶振

在冲击测试中,石英振荡器对冲击非常敏感,顺t态频率峰值超过10ppm,而MEMS振荡器的瞬态频率偏差则小于1ppm。试验结果表明,MEMS振荡器的抗震性优于石英振荡器。

功耗和尺寸: 硅晶振

相对于石英晶振来说,硅晶振往往更小巧、更轻便,并且通常功耗更低,因为它们是基于微型技术制造的。石英晶振的尺寸较大,功耗也可能相对较高。

成本: 硅晶振

硅晶振生产成本较低,硅晶振通常比石英晶振更便宜。石英晶体的制造和加工较为复杂,通常价格较硅晶振略高。

一文讲明白MEMS硅晶振与石英晶振的区别

晶振,大家并不陌生。他是名副其实的电路的“心脏”,我们的处理器、存储、模数转换等芯片,都依赖于其输出的精准时钟源信号而工作。

长久以来,我们习惯于石英晶振。也同时承受着石英晶振的温漂、品质不统一、抗震性差、交货周期长等问题。而这一切,我们需要从石英的生产制程上说明。我们先把石英晶振剖开来看一看。

大体上石英晶振分为上盖、基座、导电胶、晶片,如果是有源的话,还需要一颗起振IC。而这里面石英工厂要做的只是切割石英晶片,购买上盖、基座、导电胶、起振IC,然后组装在一起。

整个过程包括切割、打磨、镀银、组装、测试等,大概需要23步流程,其中包括关键的开盖组装部分,存在高污染的可能。复杂的流程工艺,而且存在大量的人工参与,所以石英晶振的不良率(DPPM)在百万分之50-150之间(此数字SiTime MEMS硅晶振小于百万分之0.1)。

下面我们来讲一下石英切割。石英晶片的切割与频点是一一对应的关系,也就是说不同的频点,对应的石英晶片的大小、厚薄都是不一样的。而且采用不同的切割方式,石英晶片所表现出的高低温特性是不一样的。比如常用的AT切,可提供相对较好的温度特性,但对机械应力较为敏感(如下图为AT切石英晶片温度特性)。

采用AT切,温度在+27度以上、-10度以下会产生比较大的漂移。这也是为什么石英晶振都会有温漂这个参数。而MEMS硅晶振则在全温范围内无温漂问题。

综上,石英晶振最早产生于1920年代,近百年的发展历史,但依然存在如下问题: 1、温漂(高低温与常温频率特性漂移) 2、品质不一致(半自动化半人工生产,品质与管理有最直接的关系) 3、抗震性差 4、生产周期长,紧急交付不灵活

MEMS 硅晶振正是在此条件下而生。半导体发展到今天,微电子技术已经得到了长足的发展。而晶振则是需要机械震动体,(石英晶振之初也是因为其压电效应的机械震动频率稳定性优于RC振荡),所以MEMS技术(微机电技术)的发展也孕育了MEMS硅晶振的半导体化。

MEMS硅晶振的核心一个是MEMS谐振子技术,直白些说就是以硅(Si)为原材料,采用MEMS工艺的一个微机械振动结构,可以产生稳定的振动频率。

还有一个是CMOS晶圆,半导体技术。对频率进行保持、编程、驱动、补偿等,以确保得到我们想要的1-725MHZ且精确到小数点后面6位的任一频点。

其工艺采用标准的半导体生产工艺,采用德国BOSCH的MEMS Wafer及台湾TSMC的CMOS Wafer, 封测在台湾ASE及马来西亚的Carsem。

最后值得一提的是,SiTime 产品可通过专用的编程设备对CMOS内部的PLL进行编程.SiTime中国区样品中心通过备全系列空白片库存,可24小时内提供符合客户需求的时钟产品,并可支持研发前期的小批量试产供货。

「链接」:MEMS硅晶振与石英晶振的区别

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