石英晶振器件更容易受到电磁干扰

硅微机电系统振荡器对引起抖动的外部电磁干扰源特别有弹性.即使在竞争对手的振荡器经历显著信号降级的范围内,高频电磁干扰噪声也是如此.根据在经认可的第三方实验室进行的SiTime委托测试和对电磁干扰[1][2]的其他研究显示,压电石英晶振器件更容易受到电磁干扰.因此,对于可能存在大电磁源的潜在噪声,不可预测环境中的可靠工作,SiTime振荡器是一个极好的选择.

为了简洁量化每个器件的电磁干扰,我们使用公式2计算80兆赫至1千兆赫范围内噪声杂散的平均功率.在该等式中,Sp是每个电磁噪声频率下电磁干扰诱发杂散的幅度,N是扫描中的频率数.

我们对以两种不同载波频率工作的各种商用石英和微机电系统振荡器进行了电磁搅拌测试(见表1).

表1测试中的振荡器设备;单端部分(蓝色阴影部分)工作在26兆赫,差分部分(绿色阴影部分)工作在156.25兆赫

实验结果

平均噪声杂散数据显示,SiTime差分晶体振荡器的性能比竞争差分微机电系统和石英基振荡器高35分贝,相当于对辐射场的抗扰度提高54倍,如图5所示.SiTime单端振荡器的性能比石英基振荡器高出12分贝,对辐射场的抗扰度是石英基振荡器的4倍,如图6所示.这是因为SiTime微机电振荡器的主噪声杂散幅度低于石英振荡器.因此,平均杂散功率(根据等式2计算为平方和的平方根)要低得多.

图1:差分振荡器对80MHz-1GHz辐射电磁场的敏感度

图2:单端振荡器对80MHz-1GHz辐射电磁场的敏感度

振荡器设计用于降低电磁干扰灵敏度

与塑料封装相比,石英振荡器周围的金属罐外壳提供了更好的抗电磁干扰保护,但这一结果与这一观点并不一致.硅微机电振荡器封装在塑料中,但它们表现出较低程度的电磁干扰噪声杂散.除了封装之外,还必须解释基于微机电系统和基于石英的振荡器之间电磁兼容的差异.答案可能在于谐振器或其附带的振荡器电路,两者都对电磁干扰敏感.

石英晶体是压电材料,可响应机械振动积累电荷.因此,它们的工作频率会受到输入电信号的影响,例如不必要的电磁干扰,从而对时钟信号的可靠性产生负面影响.SiTime Crystal的硅微机电系统谐振器通过静电激励表现出机械振动,因此对进入的电磁干扰自然不太敏感.它们经过精确调谐,具有高品质值,可抑制外部噪声.

图3:SiTime微机电系统振荡器架构

SiTime微机电系统振荡器背后的驱动电路是一个模拟电路(如图3所示),可优化电噪声条件下的性能,包括高电磁干扰条件下的性能.振荡器设计包括固有地抑制任何耦合共模噪声的差分电路.其他石英晶振和微机电系统振荡器设计更多地依赖于封装,而不是噪声抑制模拟电路,因此没有这种优势.