新颖的SiTime Endura MEMS核心技术

新颖的SiTime Endura MEMS核心技术，温度补偿结构的一个关键元件是温度-数字转换器（TDC）。如图10所示，该电路块产生的输出频率与TF谐振器和TS谐振器产生的频率之比成比例。TDC具有30微开氏（µ°K）的温度分辨率和高达350赫兹的带宽。这些特征实现了优异的接近载波相位噪声性能和Allan偏差（ADEV）性能。

TDC的高带宽与TF和TS谐振器之间的紧密热耦合相结合，在TCXO温补振荡器受到快速温度瞬变时导致最小的频率误差。

图11是一个视频屏幕截图，展示了DualMEMS架构在快速热瞬态过程中的优势。当热枪同时应用于两个设备时，会捕捉到这一屏幕截图：DualMEMS Super TCXO晶振和领先石英供应商的±50 ppb载体级TCXO。作为对热枪刺激的响应，石英TCXO与标称温度的峰间偏差高达650 ppb（-450 ppb至+200 ppb），超过其数据表规格高达9倍。DualMEMS Super TCXO的频率变化几乎不明显，最大约为3ppb，远低于其100ppb的规格限制。在快速变化的环境条件下，对快速温度瞬态的弹性对于通信基础设施设备的性能和服务质量非常重要。请注意，Endura Super TCXO基于SiTime的Elite平台的DualMEMS架构™ 并且将具有与Elite Super TCXO相当的性能。观看完整的视频演示，了解对额外应力（包括气流、电源电压和小冲击应力）的比较响应。新颖的SiTime Endura MEMS核心技术.

气流是另一种可能导致频率变化的系统应力源，也是户外设备的潜在应力因素。气流可导致模具温度变化，这是由于振荡器流出的热流发生变化。快速、湍流的气流会对从振荡器到环境的热流产生更明显的影响，在极端情况下，还会引起振动效应。图12使用1秒到1000秒的平均时间绘制了存在气流时的Allan偏差。如图所示，使用1秒到10秒之间的平均时间，MEMS超级TCXO的ADEV性能比石英TCXO高出38倍。

Allan偏差是频率稳定性的时域度量。ADEV相对于标准偏差的主要优点是，它对大多数噪声类型都是收敛的，因此，它被广泛用于表征TCXO等精密振荡器的频率稳定性。良好的ADEV性能对于卫星通信和精密GNSS应用尤为重要，Endura SuperTCXO温补晶振在这一关键性能指标方面表现出色。

除了振动、环境温度变化和气流变化等外部环境应力外，还经常存在内部系统应力。例如，电源噪声可能由附近数据线和开关稳压器的串扰引起。为了保持良好的系统性能，振荡器在电源引脚上存在噪声的情况下保持良好的相位噪声和抖动性能是非常重要的。电源噪声抑制（PSNR）是振荡器对电源噪声的弹性的度量，并且是在输出端观察到的抖动（以皮秒为单位）除以电源引脚上注入的正弦确定性抖动的振幅（以毫伏为单位）的比率。通常，正弦抖动以50mV的幅度注入到电源引脚上。图13显示了在20 kHz至40MHz的噪声频率范围内，MEMS SiT9346差分振荡器（DE-XO）振荡器与来自六个不同供应商的石英振荡器相比的峰间抖动。

如图所示，MEMS振荡器在PSNR方面表现出色。MEMS器件中表现出的低抖动是由于其多个片上低压差稳压器（LDO）隔离了关键部件，如VCO、MEMS振荡器等。

MEMS振荡器技术在过去十年中有了显著的改进。改进包括包括高性能振荡器的关键元件：谐振器、温度补偿电路、PLL和用于过滤噪声的片上电压调节器。在抗冲击和振动的内在优势的基础上，最先进的MEMS计时技术还提供了一流的动态性能（对系统和环境应力的弹性），使其成为解决在崎岖环境中部署的设备相关挑战的理想选择。下表1总结了与石英晶体振荡器相比的最新SiTime Endura MEMS技术。

在可预见的未来，MEMS时序技术的额外投资和创新将继续，旨在改善相位噪声和频率稳定性，并使基于MEMS的时序成为未来几十年的实际解决方案。