晶體振蕩器需要考慮的重要噪聲源是外部EMI噪聲,它會影響石英晶體振蕩器的性能(與時鐘源發(fā)出的EMI信號相反).電源,電線,閃電,計算機設(shè)備和電子元件都是外部EMI的潛在來源,可能導致系統(tǒng)干擾輻射.在諸如無源光網(wǎng)絡(luò)(PON),蜂窩基站以及在存在大電磁源的室外環(huán)境中使用的許多產(chǎn)品的應(yīng)用中,EMI是一個嚴重的問題.EMI也是高密度PCB的關(guān)注點,因為如果有多個開關(guān)電源,振蕩器元件可以靠近這些電源放置.當受到EMI的影響時,它會改變時鐘的抖動,在最壞的情況下,時鐘非常可靠.

它可能會對頻率相關(guān)的系統(tǒng)功能產(chǎn)生不利影響.由于在系統(tǒng)正在接收的EMI存在的情況下相位抖動和相位噪聲顯著增加,因此嘗試去除到達振蕩器的噪聲并不總是成功的.或者,設(shè)計一個不易受EMI影響的時鐘源.電磁場靈敏度(EMS)指標量化了EMI對電子電路(如OSC晶振)的有害影響.

EMS可以按照EMC標準IECEN61000-4.3中規(guī)定的程序進行測量.該標準是在80MHz至1GHz的頻帶內(nèi)逐漸將3V/m的輻射電磁(EM)場的頻率增加1％.DUT放置在一個調(diào)諧的消聲室中,如圖4所示,并與垂直極化天線的軸線對齊.相位噪聲分析儀和精密低噪聲數(shù)字信號分析儀可捕獲振蕩器相位噪聲.噪聲雜散發(fā)生在電磁場中,并且雜散輸出是振蕩器EMS的指示.

圖4.EMS測試的設(shè)置

圖5和圖6顯示了多晶體和MEMS振蕩器(差分晶振和單端)的EMI效應(yīng)數(shù)據(jù).SiTime MEMS振蕩器優(yōu)于石英振蕩器和其他MEMS振蕩器.這些結(jié)果表明,理解性能和操作條件之間的關(guān)系非常重要.

圖5.156.25MHz LVPECL差分時鐘振蕩器的EMI引起的相位噪聲雜散的平均水平

圖6.26MHz單端振蕩器上EMI引起的相位噪聲的平均電平

沖擊和振動

許多電子產(chǎn)品在使用過程中受到相當大的振動力.對于隨身攜帶在口袋或背包中的移動和便攜式設(shè)備尤其如此.便攜式GPS組件,工業(yè)設(shè)備和航空航天設(shè)備中使用的電子設(shè)備可能會受到高頻振動.即使是在待機狀態(tài)下使用的產(chǎn)品也可能受到附近風扇和其他設(shè)備的振動.

晶體振蕩器可能對振動具有顯著的敏感性,這取決于所使用的機械結(jié)構(gòu)和密封方法.采用SiTime的MEMS FirstTM技術(shù)[1]制造的MEMS可編程晶體振蕩器本質(zhì)上更能抵抗因振動導致的性能下降,原因有兩個.一個是比石英晶體小得多的質(zhì)量,因為由振動引起的加速度在晶體上引起的力減小.其次,SiTime的MEMS振蕩器設(shè)計采用非常堅固的結(jié)構(gòu)(面內(nèi)振動設(shè)計,固有振動電阻設(shè)計,振蕩器電路設(shè)計,可最大限度地減少振動下的頻率偏移).單晶硅是一種結(jié)合了高硬度和柔韌性的優(yōu)質(zhì)材料,最近也用于奢侈手表中的彈簧.

振動可能會產(chǎn)生與電振動頻率相同的雜散信號,從而降低OSC振蕩器的性能,從而導致頻率尖峰,相位抖動增加或?qū)拵г肼?/span>.另外,機械力可能物理地損壞振動器的結(jié)構(gòu).由于振蕩器的響應(yīng)取決于外部機械力的方向,程度和頻率,因此有必要查看幾種不同類型測試的結(jié)果,以便獲得振蕩器電阻的最完整圖像.

第一項測試通過觀察在特定頻率發(fā)生的雜散相位噪聲和噪聲雜散來評估對正弦振動的響應(yīng).該相位噪聲被轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制(FM)噪聲并歸一化為1g振動加速度的載波頻率.然后將結(jié)果以十億分之一/克(ppb/g)為單位表示為振蕩頻率的函數(shù).使用控制器,功率放大器和振動器進行測量.正弦波振動測試以4g的峰值加速度(每個正弦波的頻率為15Hz至2kHz)執(zhí)行,其表示振動器在實際使用環(huán)境中接收的振動力.在振蕩器中以三個方向X,Y和z評估應(yīng)力,并且將每個觀察到的噪聲的最大值作為測量結(jié)果.圖7顯示了晶體,SAW和MEMS差分振蕩器的振動靈敏度結(jié)果.SiTime可編程振蕩器比其他器件的性能提高10到100倍.