浅谈晶振选择的那些事

同时制造纯硅振荡器，以及为石英晶体配合PLL的器件。这些器件的精度适合于低端晶振。该公司时序产品营销总监MikePetrowski称："无需使用机械式振荡器是最终梦想。如果消除了机械式振荡器，就可以提高可靠性、简化制造流程，并易于大批量生产。"Petrowski坚持认为硅振荡器不会消耗过多能量，因为他们采用温度补偿方法去获得精度，而不是对较高频率作分频的 PLL。

　　注意硅振荡器可以有很多意义，例如它是一个可替代陶瓷谐振器的廉价器件，以及品质可与石英相媲美的器件。一定要对功耗作评估，以确保使用的技术适合于自己的应用。要注意一些细微之处，如石英晶体或MEMS振荡器会在上电起动的数毫秒内拉入更多电流。对于微功耗应用或需要不断起动和停机的应用，这种超额电流可能会产生问题。

　　除了精度和功耗以外，振荡器的另一个重要规格就是抖动，或相位噪声，它会随频率而逐周期地改变。例如，一款稳定器件可能在一个周期工作在1MHz，而在下个周期工作在2MHz，平均频率为1.5MHz。然而，这种循环频率的巨大变化可能在多数应用中使器件无法使用；一个开关电源可能不会工作在这么宽的范围内，而一个PLL很难锁定这种高抖动的频率源。任何采用这种振荡器的系统都不可能包括ADC或DAC，因为频率的变化会毁掉数字处理，即使平均频率是稳定的。因此，很多公司的振荡器设计小组都在公司的模拟部门。PLL是一种模拟元件，很多规格（如抖动）对模拟电路都很重要。

　　尽管抖动与相位噪声分别是时域和频域表述，据Linear Technology公司信号调整产品设计部主任DougLaPorte的说法，在相同条件下，很容易将抖动规格作出错误表述。他说，有些公司仅在某个频率范围上确定抖动的规格。这些公司提供的相位噪声图可能只包括特定数量的相位噪声，而忽略了噪声的其它位。SONET（同步光纤网络）这类光通信标准会传输，作PLL，然后再传输。循环有一个设计带宽，使系统拒绝循环外的相位噪声，而允许循环内的噪声。LaPorte指出："［这些制造商］ 给出的规格为20kHz到10MHz。超出这个他们就不关心了。"

　　在五年以前，任何振荡器中PLL的存在都对设计的抖动性能有负面作用。SiliconLabs的Petrowski称，该公司过去担心老式PLL的不良名声。他说："当我们推出自己基于PLL的振荡器时，我们都担心会有一些负面意义。我们对这些器件作了大量研发工作，并申请了大量专利，做一个低抖动 PLL是绝对有可能的，尤其是在更精细的IC尺度下。"

　　一款PLL的特性及其模拟滤波、相位检测和VCO（压控振荡器），在电路的各个点都引起更多抖动。过去五年来，设计者开始采用打线作为IC上的小型导体，替代IC片芯上分散的空间导体。现在，IC设计者可以用电感和电容作为电抗元件，滤波器与储能电路都可以有更高Q值，有更多的极性和零点。

　　例如，MaximIntegrated Products公司在自己的设计中采用基于LC的振荡器，而不是环形振荡器。该公司精密振荡器业务经理Paul Nunn表示："环形振荡器要比LC型振荡器有更多的抖动。"很多公司采用这些高质量的PLL，因为他们可以使振荡器有可调频率和低抖动。这些公司包括 Pericom、Silicon Labs、SiTime、安塞美半导体公司与Fox Electronics。

　　MEMS器件

　　MEMS振荡器也用于石英振荡器的放大器，也许还有PLL，但它采用的是振荡的小型硅质量，而不是石英晶体。这种方案有更好的MTBF（平均故障时间）、抗冲击性以及可靠性。

　　例如，SiTime营销副总裁Piyush Sevalia说，对硅作JEDEC（联合电子器件工程委员会）与HTOL（高温工作寿命）测试，可得到5亿小时MTBF，而石英只有1000万至 3000万小时，并且，尽管1kHz振动在石英振荡器的抖动特性中很容易表现出来，但MEMS和硅振荡器都对这种振动不敏感。MEMS器件谐振在一个基频上，这种模式下意外振动不会调制。但是，MEMS和石英振荡器的起动速度慢于纯硅振荡器。

　　制造MEMS振荡器的一个挑战是保持振荡硅元件的原子级洁净。即使振荡臂上有一个原子厚的层，也会造成器件规格失效，制造商用各种方法来克服这一挑战。例如，Discera使用 "getter"活性吸气材料，去除在器件生命周期中吸收的任何气体或材料痕迹。另一方面，SiTime则采用了Bosch公司率先开发的一种技术。

SiTime并未在MEMS元件上覆盖玻璃或环氧罩，而是在一个玻璃模型中建立起硅臂，用多晶硅覆盖模型，再用氢氟酸将玻璃溶解。然后，该公司用一层更厚的多晶硅将臂密封起来。所有工作都在一个外延反应堆中完成，这个高度真空的半导体装置有地球上最洁净的环境。这种特殊工艺使SiTime能够