MEMS – eine Alternative zu Quarzoszillatoren

Ein MEMS-Oszillator kombiniert einen Silizium-MEMS-Resonator-Die mit einem programmierbaren Oszillator. Beide Dies sind gemeinsam befestigt und in einem Standard-QFN (Quad Flat No-Leads)- oder CSP (Chip Scale Package)-Paket verpackt.

Die Ausgangsfrequenz wird unter Verwendung einer Fractional-N-Phasenregelschleife (Phase Locked Loop, PLL) konfiguriert. Ein OTP (One Time Programmable)-On-Chip-Speicher wird zur Speicherung der Konfigurationsparameter verwendet. Diese Architektur ermöglicht ein einfaches Programmieren der Ausgangsfrequenz in einem Bereich zwischen 1 und110 MHz sowie zwischen 115 und 137 MHz, eine Version mit 32,768 kHz für eine RTC-Echtzeituhr ist jedoch ebenfalls verfügbar.

Der Siliziumresonator selbst verfügt für allgemeine Anwendungsfälle nicht über eine ausreichende Frequenzstabilität bezüglich der Temperatur, über einen genauen Temperaturausgleich bei der Oszillatorschaltung wird jedoch eine ausgezeichnete Frequenzstabilität bezüglich der Temperatur erreicht. Der MEMS-Oszillator Jauch JSO15 TR, mit ultrageringem Stromverbrauch von 32,768 kHz bietet bspw. eine Frequenzstabilität bis auf +/-5ppm in einem Temperaturbereich von -40°C ~ +85°C.

Da die MEMS-Oszillatoren gemäß der jeweiligen Nutzeranforderungen im Technologiezentrum von Jauch in Deutschland konfiguriert werden, kann Jauch kurze Lieferzeiten anbieten. Dank eines voll automatisierten Prozesses können innerhalb weniger Tage 5 000 bis 10 000 Einheiten produziert werden. Produktproben können innerhalb von 48 Stunden versandt werden.

Ein Quarzoszillator verwendet einen Quarzkristall im Grundmodus und eine einfache Oszillatorschaltung. Für jede Frequenz muss ein neuer Quarzkristall hergestellt werden. Dies ist eine zeitaufwändige Aufgabe. Quarzoszillatoren machen keinen Temperaturausgleich erforderlich. Die Frequenzstabilität bezüglich der Temperatur reicht für die gängigen Anwendungsfälle aus. Temperaturkompensierte Oszillatoren können die gleiche Stabilität erreichen wie MEMS-Oszillatoren.

Ein wichtiger Nachteil von Quarzoszillatoren ist die Anfälligkeit von Quarzkristallen gegenüber Schwingungen und ein Stabilitätsverlust mit fortschreitendem Alter. Schwingungen treten bei der Jitter-Leistung von Quarzgeräten auf. Silizium-MEMS-Geräte hingegen reagieren gegenüber Schwingungen nicht empfindlich. MEMS-Geräte schwingen in einer Grundfrequenz in einem Modus, der durch zufällige Schwingungen nicht moduliert wird. MEMS-Oszillatoren haben eine mittlere Betriebsdauer (MTBF) von bis zu 500 Millionen Stunden, eine Schockfestigkeit von 50 000 g und eine Schüttelfestigkeit von 70 g. Quarzoszillatoren haben eine mittlere Betriebsdauer (MTBF) von 14-38 Millionen Stunden, eine Schockfestigkeit von 5 000 g und eine Schüttelfestigkeit von 10 g.

Quarzoszillatoren haben traditionell eine bessere Leistung bezüglich des Phasenrauschens und des Phasenjitters, des Stromverbrauchs, der Anlaufzeit und der Frequenzstabilität. Im Zuge technologischer Fortschritte haben die MEMS-Oszillatoren jedoch ein Niveau erreicht, dass sehr nahe an das von Quarzoszillatoren heranreicht.

Auf Anfrage können wir Ihnen Produktproben bereitstellen. Auch wenn wir üblicherweise keine MEMS-Oszillatoren bei uns auf Lager haben, können wir inner-halb weniger Tage Produktproben anbieten. Bitte kontaktieren Sie uns über die E-Mail-Adresse verkauf@soselectronic.de oder besuchen Sie die Webseiten von Jauch um weitere Informationen zu Produkten von Jauch zu erhalten.