晶体振荡器与MEMS振荡器的比较
理论上，为电子设备和通信系统设备选择振荡器是一个重要的因素影响系统性能的因素。在本应用笔记中，我们测量并比较了两种不同类型的振荡器: 1.基本石英晶体振荡器， 2.一种MEMS(微机电系统)振荡器。
振荡器的结构和特性
晶体振荡器由使用基模石英晶体的基本结构和简单的振荡器电路。
相比之下，MEMS振荡器具有复杂的结构，包括谐振器、小数N分频PLL，以及温度补偿和制造校准。MEMS振荡器使用硅谐振器作为振荡源，需要PLL电路来校正频率制造公差和温度系数
晶体振荡器和MEMS振荡器的性能比较
我们测量了一个晶体振荡器和一个MEMS振荡器，并比较了每个振荡器的四个参数：1. 相位噪声和相位抖动 2.功率消耗 3.振荡器启动特性 4.频率温度特性,对于通信、工业和消费电子产品设备的设计至关重要。
1.相位噪声和相位抖动
我们考虑了三种频率(40MHz、100MHz和156.25 MHz)并比较了晶体振荡器到相同频率的MEMS振荡器。实验室测量表明对于所有频率，晶体振荡器的相位噪声都比MEMS振荡器好得多。这两种类型振荡器的实测相位噪声如下图1–6所示

测试结果: 所有三个测试的晶体振荡器都比三个MEMS振荡器具有更好的抖动.

MHz	Phase Jitter
	MEMS Oscillator	Crystal Oscillator
40,0	5.67ps	0.19ps
100,0	2.61ps	0.07ps
156,25	1.87ps	0.03ps

2.功率消耗
40MHz晶振和40MHz MEMS振荡器的功耗如下图7所示

Vol\ Num	MEMS OSC 40MHz	Crystal OSC 40MHz
2,2	13,98	2,51
2,4	14,48	2,71
2,6	14,79	2,85
2,8	15,03	3,08
3,0	15,24	3,30
3,2	15,45	3,45
3,4	15,73	3,64
3,6	15,96	3,89
3,8	16,09	4,05
4,0	16,44	4,21
		Unit: mA

晶体振荡器的功耗远低 MEMS振荡器。这是因为晶体振荡器得益于电路结构简单的基波振荡源。
测试结果: MEMS振荡器增加的电路增加了该设备的总功耗。MEMS振荡器的功耗约为15mA，约为晶体振荡器的5倍，使用增加硅振荡器、PLL和LC VCO中的电流，以降低抖动。
3. 振荡器启动特性
40MHz晶体振荡器和40MHz MEMS振荡器的振荡器启动特性为如下图8所示。

Vol\ Num	MEMS OSC 40MHz	Crystal OSC 40MHz
Vol\ Num	MEMS OSC 40MHz	Crystal OSC 40MHz
2,2	40,000,368	40,000,188
2,4	40,000,162	40,000,183
2,6	40,000,013	40,000,181
2,8	39,999,945	40,000,167
3,0	39,999,931	40,000,154
3,2	39,999,942	40,000,148
3,4	39,999,938	40,000,138
3,6	39,999,926	40,000,123
3,8	39,999,950	40,000,117
4,0	39,999,914	40,000,110
		Unit: MHz

Vol\ Num	MEMS OSC 40MHz	Crystal OSC 40MHz
Vol\ Num	MEMS OSC 40MHz	Crystal OSC 40MHz
2,2	9,20	4,70
2,4	4,05	4,57
2,6	0,31	4,52
2,8	-1,38	4,17
3,0	-1,73	3,85
3,2	-1,45	3,70
3,4	-1,55	3,45
3,6	-1,85	3,08
3,8	-1,25	2,93
4,0	-2,15	2,75
		Unit: ppm

快速启动的振荡器受益于较短的唤醒周期和较长的电池寿命。这对于开启和关闭系统的消费电子和家庭自动化应用非常重要，快速节省电池电量。
测试结果: 晶体振荡器比MEMS振荡器发射更快，更稳定。
4.频率温度特性
40 MHz MEMS振荡器和晶体振荡器的频率温度特性，通过首先达到-40℃的稳定低温来测量频率和125MHz频率，然后以+2.0℃/分钟的速度将温度升至+85℃。结果如所示下图9–12

石英晶体振荡器的频率与温度的关系遵循连续的三次曲线 AT晶体，在-40至+85°c温度范围内实现15ppm，这足以满足大多数应用。
最初，MEMS振荡器的频率与温度特性似乎优于晶体振荡器的那些。然而，MEMS振荡器的小数N分频PLL电路会进行调整，以离散步长校正极高值的频率(30 ppm/°C或3750ppm，从-40°C到+85°C) 硅谐振器的温度系数。
图9–12中MEMS振荡器的锯齿状温度曲线说明了这一点显示分频比切换以补偿温度变化时的频率跳变。
温补振荡器(TCXO)使用模拟温度补偿和一个简单的温度补偿电路，在-40至+85°C温度范围内可实现1 ppm的精度经历这些频率跳跃。TCXOs价格低廉，可广泛购买温度稳定性低至0.1ppm。

Crystal Oscillator vs. MEMS Oscillator
Electrical Characteristics		Crystal OSC	MEMS OSC
	1. Started oscillating voltage	Started: @0.9Vdc	Started: @2.1Vdc
	2. Voltage vs. Frequency characteristics	Crystal OSC is better as MEMS OSC (pls, refer to “test data”)
	3. Voltage vs. Current characteristics	Crystal OSC is better as MEMS OSC (pls, refer to “test data”)
	4. Temperature	Crystal OSC is better as MEMS OSC (pls, refer to “test data”), that MEMS OSC is jagged in a short time
	5. Jitter characteristics	40,0 MhZ: 0.19ps	40,0MhZ: 5.67ps
		100,0 MhZ: 0.07ps	100,0MhZ: 2.61ps
		156.25MhZ: 0.03ps	156.25MhZ: 1.87ps
	6. Phase noise	Crystal OSC is better as MEMS OSC (pls, refer to “test data”)
	7. Shield Effect	Crystal OSC is better as MEMS OSC (Crystal OSC have metal lid to do shield), Crystal OSC is hermetically sealed, as it has a ceramic housing, MEMS are not hermetically sealed
	8. Reliability	MEMS OSC is better as Crystal OSC
	9. ESD	MM: 400 Vdc HBM: over 4000 Vdc	n.A.
	10. Vibration	Freq. range: 10 ~ 2000Hz Peak to peak amplitude 1.5mm Peak value:20g`s Duration time of 3 orientations (X,Y,Z): 4hourse	n.A.
	11. Shock	5000g`s 0.3msec, 1/2 sinusoid 12 times for each direction (X,Y,Z)	Can withstand at least 50,000g shock
	12. High pressure test	100% been through 5Kg/cm²(5atm)/1.5hrs by Helium pressure and 4.5Kg/cm²/320mins (4.5atm) by Electronic test fluid pressure	n.A.
For availability		large selection available worldwide by many manufacturers	few manufacturers in the world (15% less in 2013)
Lead Time		7 – 30 days	more readily available
Temperature range		-40 - +125°C	-40 - +125°C
ROHS		yes	yes
Pin Layout		Pin and pin function can might compatible between Crystal OSC and MEMS OSC

结论：MEMS振荡器似乎适用于高振动环境、非严格定时的应用以及信噪比不重要的应用。具有复杂调制方案，超高速通信或以下要求的应用，石英晶体振荡器将利用低抖动、极高的Q值和出色的时间和石英的温度稳定性，继续提供出色的信噪比性能(即模数转换器)。

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