石英晶体振荡器与全硅MEMS振荡器比较

对于通信设备，尤其传输速率较高的通信，以及无线高频通信设备等要求振荡器具有高频，性能上要求精度和稳定度高，噪声小的特点。在这些用途方面大多使用石英晶体振荡器。近年来，硅基振荡器（全硅MEMS振荡器）等的性能也有所提高，但其基本原理依然使用的是锁相环（PLL）倍频技术，其先天缺陷仍然没能得到解决。下面就两种产品的优劣进行简单的对比。

硅振荡器的优势：

1、 生产成本低：

这是因为硅晶圆一次性处理所产生的高产效和廉价。石英晶片筛选和调制工序多，人工成本高。

2、 容易实现特殊要求的频率输出：

硅振荡采用可编程锁相环(PLL),因此可以将谐振器振出的频率进行N倍频，甚至是小数点倍频。

硅振荡器的劣势：

1、 电路功耗大，增加产品发热，降低产品整体寿命：

因为硅片温度漂移大。为了避免硅片温度引起的频率漂移，电路采用了温度补偿，电路功耗将更大，产品整体发热更大，从而降低产品寿命。

2、 产品基础频率差

    由于晶圆一次输出，基础频率一般为20－30PPM，甚至更差。如果用于普通谐振器，其基础频率差，不能满足需求。

3、 产品相位噪声大，低温抖动厉害，容易造成数据丢包和连接异常。

硅钟振采用锁相环倍频方式达到将频率变高，其相位噪声不好，低温抖动厉害。因此，在一些通信行业，全硅MEMS振荡器将无法使用。特别是未来通信产品，频率将更高，高频数据传输将更快，对产品的相噪和低温抖动将提出更高的要求。

在实际案例中，我们曾有客户在高频数据传输中采用硅钟振，初期测试能满足使用要求。但发往站点后，出现数据传输丢包和连接异常问题，造成大量通信设备召回的恶劣事故。最后，通过替换为石英材质的振荡器才得以解决。

石英振荡器的优势：

1、 高精准的基础频率

由于石英晶体的物理特性，产品随温度变化的温漂较小，而且通过晶片筛选和调节，很容易就获得5－10PPM的基础频率（而硅片一般都是20－30PPM，甚至更差）。对于温补晶振和恒温晶振的晶片，可以获得1PPM以内甚至更低的基础频率。

对于高端的用途，可以使用石英材料的TCXO、TCVCXO、OCXO等。

2、 同样可实现可编程倍频

    在石英振荡器中，也同样可以通过谐振器部分采用石英晶片，振荡部分采用可编程锁相环（PLL）实现“烧录频率”，缩短生产周期。但是，因为相位噪声大和低温抖动的缺点，石英振荡器公司会提示：锁相环（PLL）不建议使用在通信行业。

3、相位噪声小，低温抖动少。

石英晶体振荡单元的振荡器无需温度补偿也可应对较宽的温度范围，并且没有使用进行温度补偿的锁相环电路，它可以保持石英本身所具有的针对温度变化而相对稳定的温度特性，即不出现频率间断性跳动的情况。这就不会对噪音和抖动造成不良影响。无线通信设备中的相位噪声和低温抖动问题就很少。

结论：

以上讨论了硅振荡器和石英晶体振荡器在电气性能上的优劣势，硅振荡的核心在于其使用了锁相环电路进行倍频；为了弥补硅谐振的温漂问题，电路采用了温度补偿。石英晶体振荡器在市面上同样有可编程（烧录）石英振荡器和传统的不可编程的石英振荡器。可编程的石英振荡器，与MEMS硅振荡器在电气性能差不多，但不建议使用在通信行业，如电信载波、模拟视频时钟等行业。

针对当前电子产品的发展趋势――通信频率将越来越高，高频数据传输数据包更多，速率更快。特性稳定的石英晶体振荡器将迎来广泛的应用前景，同时也将获得更多的应用机会。

针对目前竞争激烈的电子产品市场，企业在面对需求更高精度产品和争取更低成本的矛盾和压力时，我们推荐普通消费品客户选用贴片小尺寸或49S、49SMD石英晶体谐振器(无源晶振)。

针对高频通信和无线通信设备和终端产品，我们推荐客户选用有源石英晶振（PXO、VCXO、TCXO、TCVCXO、OCXO等），将大大保障产品的数据传输和通信连接应用。

对于无源晶振电路匹配问题、钟振选型问题，派恩电子（PINE）研发中心的工程师将提供现场技术支持和服务。