Компоненты:
новые флеш игры.

MEMS-резонаторы на замену кварцевых резонаторов

Родительская категория: Центр знаний Категория: Компоненты

Шаблоны Joomla здесь.
МЕМС-осцилляторСуществует несколько альтернатив кварцевым резонаторам. Данная статья посвящена МЭМС-резонаторам. Их отличает высокое быстродействие, компактность и надежность.

Резонатор pMEMSсостоит из пьезоэлектрической подложки AlN и кристалла кремния. В отличие от чисто кремниевых емкостных резонаторов для их работы не требуется напряжение смещения. Структурная схема резонатора представлена на рисунке 1.

МЕМС-осциллятор
Рис. 1. Структура резонатора pMEMS
 
При приложении электрического поля на один из верхних электродов возникает акустическая волна. Резонатор начинает вибрировать, и это механическое возбуждение преобразуется в электрический сигнал, который улавливается вторым электродом. Резонансная частота определяется формулой: 
резонансная частота
где L – длина резонатора, EEFF– эффективная постоянная упругости, ρEFF – эффективная массовая плотность.
Акустическая волна рассеивается по всем направлениям. Для увеличения энергии в заданном направлении подбирается профиль толщины и ширины резонатора. Из графика на рисунке 2 видно, что для стандартного резонатора 107 МГц измеренное значение добротности Qсоставляет 7453, IL= -12,4 дБ.
 
График MEMS-резонатора
Рис. 2. График S21 для типичного резонатора pMEMS
 
При изготовлении резонаторов pMEMS используется совместимый КМОП процесс с корпусированием на уровне пластины (WLP). На пластину из кремния на изоляторе (КНИ, SOI) осаждается пьезоэлектрический слой, формируются электроды. Затем изготавливаются выводы и контактные площадки. 
 
На рисунке 3 показано объемное изображение резонатора размером 550 х 450 х 200 мм.
Модель мемс-резонатора 
Рис. 3. Модель резонатора pMEMS
 
 

 

Фото МЕМС-резонатора

 
На рисунке 4 размер резонаторов сравнивается с крупинкой риса.
 
МЕМС-резонатор - фото 
Рис. 4. Реальный размер резонатора
 
На рисунке 5 показана внутренняя структура законченного резонатора pMEMS.
 
Внутренняя структура MEMS-осциллятора 
Рис. 5. Внутренняя структура ИС
 
 

Характеристики МЭМС-резонаторов

 
Пьезоэлектрические МЭМС-резонаторы по сравнению с кварцевыми могут генерировать сигналы более высокой частоты.
Кроме того, у них не наблюдается провала на температурной зависимости активности. МЭМС-резонаторы обладают меньшей чувствительностью к механическому шоку и вибрации. Если кварцевые резонаторы выдерживают шок 50-100g, то pMEMS – более 1500g (см. рис. 6).
 
мэмс-резонатор характеристики
Рис. 6. Результаты испытаний на стойкость к механическим ударам и вибрации
 
Поскольку МЭМС-резонаторы имеют малый размер, они более надежны и менее чувствительны к механическому шоку и вибрации. Они удовлетворяют требованиям военного диапазона и сохраняют функционирование после шока 70 000g.
Испытания на долговременную стабильность частоты показали, что при температуре 25°C частота колебания резонаторов pMEMSотклоняется на ±2,5 ppmза 21 месяц. Частота кварца при этих же условиях отклоняется на ±5 ppm (см. рис. 7). При 125°C частота колебания рMEMSотклоняется менее чем на ±3 ppmза 4500 ч. Аналогичный показатель для кварцевого резонатора составляет ±10 ppm.
 
МЭМС-резонаторы
Рис. 7. Результаты испытаний 10 МЭМС-резонаторов на долговечность
 
Резонаторы pMEMSустанавливаются методом поверхностного монтажа. Выходной сигнал может быть двух типов: дифференциальный с низким напряжением (LVDS) и положительный ЭСЛ с низким напряжением (LVPECL). Частотавыходногосигналаможетдостигать 625 МГц.
Результаты измерения джиттера на диапазоне 12 кГц – 20 МГц приведены на рисунке 8.
 

МЭМС-резонаторы

 Рис. 8. Джиттер в сетевом устройстве, FPGAи микросхеме памяти
 
 
 
 
Элтайм.ру, по материалам elcomdesign
 
лимузин на свадьбу.
Компания Сансити

Календарь событий электроники

Новости гаджетов