全球首家上百万进口晶振代理商

深圳市康华尔电子有限公司

国际进口晶振品牌首选康华尔

首页 技术支持

32.768kHz的MEMS振荡器拥有极高的精度

2019-01-02 10:36:44 

SiTime MEMS振荡器采用标准半导体封装工艺,采用MEMS谐振器和CMOS芯片构建.由于迄今为止已售出的2.5亿个产品中没有MEMS谐振器故障,我们无法计算MEMS的激活能量(Ea).因此,我们使用CMOS的行业标准Ea=0.7eV作为产品的Ea.我们使用设备最差情况元素的Ea作为Ea来计算我们产品的可靠性指标,FIT和MTBF.

精密MEMS贴片式晶体振荡器需要一个温度-数字转换器(TDC)来调整分数N PLL的倍增因子,以便补偿MEMS谐振器在整个温度范围内的频率变化.然而,这种补偿为TDC的噪声作为相位噪声(PN)传播到温补晶振的输出提供了一条路径.以前的工作已经试图通过使用高分辨率TDC来最小化这种噪声,例如,描述的基于MEMS热敏电阻的TDC。本文介绍了一种基于双MEMS晶振TDC,它对振荡器PN没有显着影响。在130Hz带宽(BW)中,传感器实现了40μK的热噪声限制分辨率,导致分辨率FOM(能量/转换×分辨率2)为0.12pJK2,比现有技术高5倍。

32.768kHz的MEMS振荡器拥有极高的精度

电信应用要求在1s积分时间内具有优于10-10Allan偏差(ADEV)的时钟,或者对于48MHz金属面时钟晶振1Hz偏移频率下具有小于-59dBcPN,降低30dB/十倍。此类应用还需要-4085°C的±0.1ppm频率稳定性,必须在1°C/s的温度斜坡和热瞬态期间保持,通常在100Hz带宽内。本工作中描述的MEMS振荡器满足PN要求,无需温度补偿(XO)。但是,为了满足稳定性要求,温度补偿(TCXO)是必不可少的。

最佳报告的TDC分辨率为100μKrms),10S/sFOM13pJK2。在这项工作中,MEMS频率变化高达1ppm/K.为避免降低TCXO PN,需要在200S/s下至少50μKTDC分辨率。为了满足这一要求而扩展架构将需要1W的功耗。VCXO晶振传感器实现了迄今为止最佳的能效,FOM0.52pJK2,但在10mKrms)时,其分辨率远远不够。此外,这两个最佳示例都是基于热敏电阻的,并且在整个寿命期间不太可能满足±0.1ppm的稳定性要求(包括滞后)。其他TDC类型,例如基于BJT的传感器,尚未达到所需的分辨率和能量效率。所提出的双MEMS谐振器TDC在这项工作中使我们能够同时实现目标分辨率,BWFOM和稳定性。

32.768kHz的MEMS振荡器拥有极高的精度

1描述了可编程石英晶体振荡器,在一个芯片上有两个MEMS谐振器,连接到CMOS芯片,包括两个振荡器维持电路,一个频率比引擎和一个频率合成器。在该架构中,温度信息来自两个MEMS频率的比率:温度检测频率fTS45MHz)和温度平坦频率fTF47MHz),温度系数为-7ppm/K1ppm/K,分别。因此它们的比率具有约-8ppm/K的温度系数.

2显示了频率比引擎,它由一个嵌套在另一个内的PLL组成。数字PLLDPLL)将fTS锁定为由嵌套模拟小数N分频PLLAPLL)提供的fTF的缩放值,并用作DPLL的数控振荡器(DCO)。 APLL的小数除法值是两个频率的缩放比率。DCO的输出频率除以10,以优化所用过程中的功率和性能。小数除法值应用于由7阶多项式和椭圆低通滤波器组成的TDC数据路径。然后,通过修改频率合成器的可编程倍频器(PFM)值,滤波后的结果用于稳定参考频率fTF,从而在合成器的输出端产生稳定的频率。

网友点评