环境	加速典型-G级别
静态建筑	0.02rms
牵引车-拖车(3至80赫兹)	0.2peak
装甲运兵车	0.5to3rms
船只——平静的海洋	0.02to0.1peak
铁路	0.1to1peak
船舶——汹涌的大海	0.8peak
螺旋桨飞机	0.3to5rms
直升飞机	0.1to7rms
喷气式飞机	0.02to2rms
导弹——助推阶段	15peak

冲击和振动不仅会对零件本体和封装造成物理上的损伤,还可能会引起PCB组件的焊锡接合不良.而且会降低电子部件自身的性能.振荡器容易受到振动等外部因素的性能影响.例如振子本身的损伤、相位噪声的增加、抖动的增加、尖峰噪声的发生.石英振荡器,石英振子由悬臂结构(悬臂)支撑,对振动造成的损伤非常敏感.SiTime晶振公司的MEMS谐振器基本上比两个理由更强的振动.一个是比石英振子的质量要小得多,由振动诱发的加速度向振子施加的力也减轻了.第二,SiTime的MEMS振荡器的设计是由非常硬的构造(在固体模式下面内振动的设计,本质上具备耐振动性的形状设计,使振动下的频移最小化的振荡电路设计)构成的.
测试条件
由于外部因素可能会改变方向,持续时间和强度,因此在各种测试条件(如冲击和振动灵敏度)下测量贴片振荡器的电响应非常重要.因此,SiTime使用如表2所示的市售产品(包括SiTime和晶体振荡器的MEMS振荡器),以及“正弦波振动”,“随机振动”和“脉冲冲击”的三种不同的振动和冲击.评估了振荡器本身的响应精度.其中包括已知在高工作频率下具有低抖动的SAW晶体.
表2.测试中的振荡器器件;单端器件(蓝色阴影)工作频率为26MHz,差分器件(绿色阴影)工作频率为156.25MHz

正弦波振动
最初,响应是在15Hz至2kHz范围内的正弦振动下测量的.它产生具有正弦振荡周期的频率调制,并通过频率噪声引起相位调制(通常称为“杂散”).通过表征石英晶体振荡器对振动的灵敏度,以dBc为单位的杂散感应相位噪声杂散可以用十亿分之一(ppb)表示,并通过正弦振动的峰值加速度归一化,得到ppb/它可以以g为单位表示.振动测试由控制器,功率放大器和振动器组成,如图1和图2所示,峰值加速度是每个正弦波振动的频率(15,30,60,100,300,600,1000和2000Hz))每个将是4克.
此外,每个振动频率的扫描时间约为15至20分钟.每个频率点的停留时间约为一分钟.振荡器的响应是各向异性的,即取决于振荡的方向.因此,测试重复相对于图1中所示的封装和方向中的器件的1引脚标记的x,y和z方向上的振荡.然后绘制每个振荡器的最坏情况方向数据.

图1.正弦和随机振动测试设置

图2.振动测试设备的照片：(a)振动器,(b)设备安装块,(c)相位噪声分析仪

随机振动
OSC振荡器在使用过程中可能会出现随机振动.它的范围从几Hz到几kHz.这些振荡会增加宽带相位噪声.有几个标准规定了随机振动变化的测试条件,具体取决于所测试的电子设备类型和预期的操作环境[1].因此我们根据MILSTD-883H(方法2026)[2]进行了测试,最适合电子元件.该标准规定了振动曲线,可以指定不同的强度等级(见图3).其中,条件B是7.5-GrmsRMS的组合功率水平,适用于易受高振动应力影响的移动环境.
图1中测试系统中的控制器使用数字信号处理,根据振动曲线中定义的功率密度水平,在指定的频率范围内合成随机振动.

图3.随机振动测试的MIL-STD-883H规范[2]

随机振动导致相应于振动频率的偏移频率处的相位噪声增加.为了计算相位抖动的这种增加,我们在有和没有随机振动的两种条件下测量每个晶振在15Hz到10kHz频带内的相位噪声,并计算两个值之间的均方根.计算平方根差.
影响
在第三次测试中,响应冲击影响的运行期间的瞬态频率偏差由MIL-STD-883H(方法2002)[2]确定.根据规格测量我们测量了半波的瞬态频率响应,加速度为500g,1ms半幅应用为1ms正弦冲击脉冲.MIL-STD-883H[2]标准被广泛用作非工作模式下机械冲击下晶体振荡器的存活测试.SiTime的MEMS振荡器已通过10,000克至50,000克机械冲击的鉴定测试,但大多数商用晶体振荡器仅为100克至1500克.
冲击试验环境如图4和图5所示.它类似于振动测试的方法.我们在x,y和z方向上震动了SPXO振荡器并进行了最坏的情况测量.每100μs连续测量频率10秒,并且在撞击之前,期间和之后获得频率响应的数据.

图4.机械冲击测试设置

图5.冲击测试设备的照片：(a)冲击测试仪和(b)安装块

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金洛博客

Oscillator与MEMS的抗振性和抗冲击性比较

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