MEMS oscillator
MEMS-oscillatorer er elektroniske oscillatorkretser som inneholder en polysilisiumresonator som et essensielt frekvensbestemmende element . MEMS er forkortelsen for engelsk mikroelektromekanisk system , et mikrosystem .
I motsetning til kvartsoscillatorene , som er sammenlignbare innen anvendelsesområdet , produseres MEMS-resonatoren sammen med andre elektroniske kretser på en halvlederform , som muliggjør mindre dimensjoner. Utviklingen av de første MEMS-oscillatorene, da kjent som resonatorer , går tilbake til jobb av Raymond J. Wilfinger hos IBM på slutten av 1960-tallet. Men det var først på 2000-tallet at det ble mulig å masseprodusere MEMS-oscillatorer som var egnet for markedet.
konstruksjon
I en MEMS-oscillator, i stedet for kvartsoscillatoren, brukes en MEMS-resonator laget av polysilisium , som i motsetning til kvarts ikke er piezoelektrisk . For drift av en MEMS-resonator kreves det en direkte spenning , blant annet for å mekanisk forhåndslaste MEMS. Den impedans av en MEMS er betydelig høyere enn for et oscillerende krystall. Dette krever en oscillatorkrets spesielt tilpasset MEMS. I motsetning til en kvartsoscillator har MEMS-resonatoren en sterk temperaturavhengighet i området −25 ppm / K. For en oscillator som er frekvensstabil over det tiltenkte temperaturområdet, må temperaturavviket i resonatoren kompenseres for bruk av egne temperatursensorer og elektroniske kretsdeler.
I tillegg til oscillatorkretsen og temperaturkompensasjon inneholder kommersielt tilgjengelige MEMS-oscillatorer også en spesiell faselåst sløyfe (PLL), vanligvis en brøkdel-N-PLL , som genererer en konfigurerbar utgangsfrekvens som kan stilles inn som ønsket innen visse grenser fra resonatorfrekvensen som alltid bestemmes av den mekaniske størrelsen. I MEMS-oscillatorer lagres de nødvendige delingsforholdene for PLL sammen med koeffisientene for temperaturkompensasjon i et skrivebeskyttet minne i halvlederbrikken. Ønsket utgangsfrekvens stilles inn ved å programmere dette minnet en gang. Den faktiske MEMS-resonatoren har mekaniske lengder i området noen få 100 µm. De ekstra elektroniske kretsdelene har omtrent like dimensjoner, noe som betyr at hele MEMS-oscillatoren kan implementeres på et basisareal på mindre enn 1 mm 2 .
MEMS-oscillatorer har relativt høy fasestøy eller jitter , også på grunn av innstillingsadferden til den elektroniske temperaturkompensasjonen. Sammenlignet med kvartsoscillatorer oppveies dette av kostnadsfordeler ved produksjon, ufølsomhet for mekaniske vibrasjoner og muligheten for bedre miniatyriserende MEMS-oscillatorer. Avvikene i frekvensstabilitet i 2012 varierte fra ± 10 ppm til over ± 100 ppm. Spesifikke verdier varierer avhengig av oscillatortype og kvalitet.
Studier har vist at en atmosfære med så lite som to prosent helium har en destruktiv effekt på ikke-innkapslede MEMS-oscillatorer. På grunn av den på ren silisium -baserte De diffuse heliumatomer i strukturen, og negativt påvirker svingningsatferden. Elektroniske kretser med åpne MEMS-oscillatorer brukes også i smarttelefoner og kan gjøre dem ubrukelige under påvirkning av helium. Problemet oppstår blant annet på sykehus i nærheten av heliumkjølte MRT-maskiner.
litteratur
- Bernd Neubig: MEMS-oscillatorer - muligheter og grenser . I: AXTAL Consulting selskapets publikasjon . Lobbach 2008 ( Online [PDF]).
weblenker
Individuelle bevis
- ↑ Patent US3614677 : Elektromekanisk monolitisk resonator. Arkivert 29. april 1966 , publisert 1. oktober 1971 .
- ^ Raymond J. Wilfinger, PH Bardell, DS Chhabra: Resonistoren er en frekvensselektiv enhet som bruker den mekaniske resonansen til et substrat . I: IBM Journal utgave 12 . 1968, s. 113-118 .
- ↑ Dataark DSC110x, Low-Jitter Precision CMOS Oscillator. (PDF; 488 kB) (Ikke lenger tilgjengelig online.) Discera, arkivert fra originalen 11. september 2012 ; Hentet 1. februar 2013 . Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen.
- ↑ iPhones er allergiske mot Helium . I: iFixit . ( ifixit.org [åpnet 22. november 2018]).
