Was ist ein MEMS-Oszillator?
Ein MEMS-Oszillator ist ein Oszillator, der mit Hilfe eines MEMS-strukturierten Resonators eine für elektronische Geräte wichtige Taktsignalquelle erzeugt.
MEMS-Oszillatoren sind jedoch Oszillatoren, die einen Oszillator verwenden, der mit Hilfe einer Dünnschicht-Mikrofabrikationstechnologie hergestellt wird, die als MEMS-Struktur (mikroelektromechanisches System) am Resonanzpunkt bekannt ist.
MEMS-Oszillatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in kleinen Zeitgebern eingesetzt werden können, dass sie sehr stoß- und vibrationsfest sind und dass sie sehr zuverlässig arbeiten. Sie werden im Vergleich zu konventionellen Zeitgebern sehr geschätzt.
Anwendungen von MEMS-Oszillatoren
MEMS-Oszillatoren werden in verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt, die Zeit- und Taktsignale benötigen. Zu den spezifischen Anwendungen gehört eine breite Palette von elektronischen Geräten wie Mobiltelefone, PCs, tragbare Geräte, mit dem Auto verbundene Geräte und medizinische Geräte.
Mit der Einführung von 5G in den letzten Jahren, die zu höheren Verbindungsgeschwindigkeiten und dem Aufstieg des IoT geführt hat, wird erwartet, dass der Markt für automatisches Fahren und VR-Geräte auch in diesem Bereich expandieren wird, und es wird erwartet, dass die Auslieferungen in Zukunft deutlich wachsen werden.
Funktionsweise der MEMS-Oszillatoren
Die Funktionsweise der MEMS-Oszillatoren besteht darin, dass der Resonator des Oszillators aus einem Schaltkreis besteht, der mit Hilfe eines MEMS (mikro-elektromechanisches System) genannten Oszillators hergestellt wird, der mit Hilfe der als MEMS (mikro-elektromechanisches System) bekannten Dünnschicht-Mikrofabrikationstechnologie hergestellt wird. Er besteht aus einkristallinem Silizium, und im Betrieb ist die Auslenkung des Wandlers im Vergleich zur Spaltlänge zwischen ihm und seiner Umgebung sehr gering.
Die Funktionsweise dieses MEMS-Resonators unterscheidet sich von Quarzvorrichtungen, die den piezoelektrischen Effekt für den Antrieb nutzen, dadurch, dass er durch elektrostatische Anregungskräfte angetrieben wird; der spezielle MEMS-Schwingkreis und der MEMS-Resonator sind elektrisch miteinander verbunden und ein Gesamtschwingungserhaltungskreis wird mechanisch aktiviert, Der MEMS-Resonator kann mit einer festen Frequenz zum Schwingen gebracht werden.
Im Vergleich zu Quarzoszillatoren kann die Frequenz mittels PLL (Phase Locked Loop) beliebig eingestellt werden, aber es gibt auch Bedenken wegen des erhöhten Stromverbrauchs aufgrund komplexerer Schaltungskonfigurationen und der Tendenz zur Verschlechterung der Rauscheigenschaften aufgrund der Auswirkungen von Frequenzsprüngen.
Weitere Informationen zu MEMS-Oszillatoren
1. Vergleich der Temperatureigenschaften mit Quarzoszillatoren
Die Grundstruktur eines Quarzoszillators ist eine Kombination aus einer Quarzeinheit und einer ASIC-Oszillatorschaltung. In diesem Fall ist der Temperatursensor, der zur Korrektur der Temperatureigenschaften des Oszillators verwendet wird, in den ASIC eingebaut, was bedeutet, dass die Quarzeinheit und der zu korrigierende Temperatursensor weit voneinander entfernt sind.
Im Vergleich zu einem MEMS-Temperatursensor, der auf demselben Chip untergebracht werden kann, kann die Änderung der Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur größer sein.
MEMS-Oszillatoren haben nicht nur den Vorteil, dass die Änderung der Schwingungsfrequenz in Bezug auf Temperaturänderungen gering ist, sondern auch, dass ihre Masse klein ist und ihre charakteristischen Schwingungsschwankungen gering sind.
2. Rauschverhalten
Die Rauscheigenschaften von Oszillatoren sind ein sehr wichtiger Faktor für die Gewährleistung guter Anwendungseigenschaften. Kristalloszillatoren haben gegenüber MEMS-Oszillatoren insbesondere den Vorteil, dass die Kristallstruktur selbst sehr einfach ist, so dass es leicht ist, niedrige Rauscheigenschaften zu erzielen.
Im Vergleich zu MEMS-Oszillatoren sind sie jedoch aufgrund ihrer großen Masse anfällig für Jitter bei Vibrationen. Daher können MEMS-Oszillatoren je nach Anwendungsumgebung hinsichtlich der Rauscheigenschaften besser geeignet sein.
3. Frequenzabweichung
MEMS-Oszillatoren sind zwar weniger kostengünstig als konkurrierende Keramik-Oszillatoren und andere Arten von Oszillatoren, können aber eine sehr gute Schwingungsfrequenzstabilität gewährleisten. Bei allgemeinen keramischen Oszillatoren beträgt die Frequenzabweichung bis zu etwa 1 %, was die Anwendungsmöglichkeiten einschränkt, während bei MEMS-Oszillatoren je nach Typ Frequenzabweichungen in der Größenordnung von ppm möglich sind, was eine der Eigenschaften dieser Geräte ist.