Qu’est-ce qu’un oscillateur MEMS ?
Un oscillateur MEMS est un oscillateur qui génère un signal d’horloge essentiel pour les équipements électroniques à l’aide d’un résonateur à structure MEMS.
Traditionnellement, les dispositifs à cristal ont été couramment utilisés pour les oscillateurs et, même aujourd’hui, les dispositifs à cristal sont encore couramment employés. Cependant, les oscillateurs MEMS comportent un oscillateur fabriqué à l’aide d’une technologie de processus de microfabrication en couche mince connue sous le nom de structure MEMS (système microélectromécanique) au point de résonance.
Les oscillateurs MEMS se caractérisent par leur capacité à être utilisés dans de petits dispositifs de synchronisation, leur excellente résistance aux chocs et aux vibrations et leur grande fiabilité. Ils sont très appréciés par rapport aux dispositifs de synchronisation conventionnels.
Utilisations des oscillateurs MEMS
Les oscillateurs MEMS sont utilisés dans divers dispositifs électroniques nécessitant des signaux de synchronisation et d’horloge. Les utilisations spécifiques comprennent une large gamme d’appareils électroniques tels que les téléphones mobiles, les PC, les appareils portables, les appareils automobiles connectés et les équipements médicaux.
Avec l’introduction de la 5G ces dernières années, qui a conduit à des vitesses de connexion plus élevées et à l’essor de l’IoT, le marché de la conduite automatique et des équipements VR devrait également se développer dans ce domaine, et les expéditions devraient connaître une croissance marquée à l’avenir.
Principe des oscillateurs MEMS
Le principe des oscillateurs MEMS réside dans le fait que le résonateur de l’oscillateur est constitué d’un circuit utilisant un oscillateur appelé MEMS (micro-electromechanical system), qui est fabriqué à l’aide d’une technologie de microfabrication en couches minces appelée MEMS (micro-electromechanical system). Il est constitué de silicium monocristallin et, lorsqu’il fonctionne, le déplacement du transducteur est très faible par rapport à la longueur de l’espace qui le sépare de son environnement.
Le principe de fonctionnement de ce résonateur MEMS diffère de celui des dispositifs à quartz. Ceux-ci utilisent l’effet piézoélectrique pour l’entraînement piézoélectrique, en ce sens qu’il est entraîné par des forces d’excitation électrostatiques. Le circuit d’oscillation MEMS dédié et le résonateur MEMS sont connectés électriquement l’un à l’autre et un circuit de maintien de l’oscillation totale est activé, ce qui est mécanique, Le résonateur MEMS peut être amené à osciller à une fréquence fixe.
Par rapport aux oscillateurs à cristal, la fréquence peut être réglée arbitrairement à l’aide d’une boucle à verrouillage de phase (PLL), mais il existe également des préoccupations concernant l’augmentation de la consommation d’énergie due à des configurations de circuits plus complexes et à la tendance à la détérioration des caractéristiques de bruit en raison des effets des sauts de fréquence.
Autres informations sur les oscillateurs MEMS
1. Comparaison des caractéristiques de température avec les oscillateurs à cristal
La structure de base d’un oscillateur à cristal est une combinaison d’une unité à cristal et d’un circuit d’oscillateur ASIC. Dans ce cas, le capteur de température utilisé pour corriger les caractéristiques de température de l’oscillateur est intégré dans le circuit ASIC, ce qui signifie que le cristal et le capteur de température à corriger sont situés à une certaine distance l’un de l’autre.
Par conséquent, par rapport à un capteur de température MEMS, qui peut être formé sur la même puce, le changement de la fréquence d’oscillation par rapport au changement de température peut être plus important.
Les oscillateurs MEMS présentent non seulement l’avantage d’une faible variation de la fréquence d’oscillation par rapport à la variation de température, mais aussi celui d’une faible masse et de faibles fluctuations caractéristiques par rapport à la vibration.
2. Caractéristiques de bruit
Les caractéristiques de bruit des oscillateurs sont un facteur très important pour garantir de bonnes caractéristiques d’application. En particulier, les oscillateurs à cristal présentent l’avantage, par rapport aux oscillateurs MEMS, d’une structure cristalline elle-même très simple. Cela permet d’obtenir facilement des caractéristiques de bruit faibles.
Toutefois, par rapport aux oscillateurs MEMS, leur masse importante les rend sensibles à la gigue en cas de vibration. Par conséquent, en fonction de l’environnement de l’usage, les oscillateurs MEMS peuvent être plus appropriés en termes de caractéristiques de bruit.
3. Écart de fréquence
Bien que les oscillateurs MEMS soient moins rentables que les oscillateurs céramiques concurrents et d’autres types d’oscillateurs, ils peuvent garantir une très bonne stabilité de la fréquence d’oscillation. Dans le cas des oscillateurs céramiques généraux, l’écart de fréquence peut atteindre environ 1 %, ce qui limite les usages possibles. Avec les oscillateurs MEMS, en revanche, un écart de fréquence de l’ordre du ppm peut être réalisé, selon le type, ce qui est l’une des caractéristiques de ces dispositifs.