MEMS硅晶振VS石英晶振
经过多年发展，石英晶振已占据市场主导，在一些产品应用中，MEMS硅可编程晶振又是不二选择，这是为什么呢?而MEMS硅晶振和传统的石英晶振有何区别呢?接下来品慧和大家一起聊聊这两种晶振的特点。
一、一致性和稳定性：MEMS 硅晶振优于石英晶振
石英晶振不同的工作频率对应不同的切割角度和切割方式，小型化后质量稳定性难以保障。此外，石英晶振老化后，可能导致密封在金属壳与基座空腔内的惰性气体“漏气”。一旦晶体表面的银被氧化，产品将出现故障。石英产品平均无故障工作时间仅为 3 千万小时。而硅 MEMS 晶振生产时采用完全半导体工艺，保证了量产产品的品质一致性;且硅晶振采用先进工艺进行真空密封，无“气密性”问题。SiTime 晶振公司测试数据显示，硅晶振平均无故障工作时间可高达 5 亿小时。
二、即时生产力 MEMS 硅晶振优于石英晶振
石英生产流程包括切割、镀银、封装、测试、老化等数十道工序，一般需要经过 8-16 周的生产周期。此外，石英振荡器所需的基座和起振 IC 全部被两三家日系供应商控制，这决定了石英晶振无应急供货能力。而 MEMS 硅晶振加工厂会提前备有大量的 MEMS 谐振晶片及 CMOS 晶片，当有客户需求的时候仅需要进行简单的封装测试就可交货，交货周期大大缩短。
三、抗冲击性：MEMS 硅晶振优于石英晶振
石英晶振工作频率与晶片厚度成反比，晶片太薄则容易碎裂。工作频率为 40MHz 的石英晶振，对应晶片厚度仅为 0.04mm。因此，高频石英产品在运输过程中容易碎裂。而 MEMS硅晶振轻巧的设计和先进的架构，使其具有良好的抗冲击能力。根据 SiTime晶振 公司测试报告显示，硅晶振抗冲击性是石英晶振 10 倍以上。
四、可编程性：MEMS 硅晶振优于石英晶振
传统石英振荡器的主要规格参数如输出频率、频率稳定性是由石英切割的形状、厚度及加工过程中镀银老化等步骤来实现，这也导致石英缺乏灵活性。全硅 MEMS 振荡器可使用专门的设备进行编程，实现频率、电压、精度等相关参数的控制。
五、频率温度特性：石英晶振优于 MEMS 硅晶振
根据 Epson晶振测试数据显示，石英晶振温度特性呈现连续性的三次曲线，而带简易温调功能的石英晶体振荡器(如 G-211S*E)能够在较大温度范围内保持特性温度。而硅的频率公差随温度呈线形变化,需要使用小数分频锁相环电路(PLL)进行精密补偿，以保证频率稳定性。
六、相位抖动：石英晶振优于 MEMS 硅晶振
全硅MEMS振荡器使用锁相环电路进行补偿，针对各温度范围转换不同的分频比。温度点的振荡频率不连续性将引起输出信号相位变化，从而对噪音和抖动特性造成不良影响。根据 Epson晶振对3.3V电源电压、+25℃条件下不同振荡器进行测试，石英晶振在 12K 至20MHz 的相位抖动情况显著优于硅晶振。
七、电流消耗：石英晶振优于 MEMS 硅晶振
Epson晶振在 3.3V 电源电压、+25℃且负载电容等于 10pF 的条件下各振荡器耗电量测试数据显示，石英晶体振荡器采用波源基波振荡方式，结构简洁，耗电量较低。而全硅 MEMS振荡器结构复杂，电流消耗要显著高于石英晶振。
八、起振特性：石英晶振优于 MEMS 硅晶振
根据 Epson 晶振对 0-0.5 秒时间段中，在 3.3V 电源电压、+25℃的条件下各振荡器通电后的起振特性的测试结果：以频率偏差在±10*10-6 以内的稳定所用时间进行比较，石英晶体振器的振荡频率在 1.5 毫秒以内实现稳定;全硅 MEMS 振荡器①约需 90 毫秒;受频率补偿方式的影响，相位抖动特性较好的全硅 MEMS 振荡器②约需 250 毫秒。
九、频率稳定度：石英晶振优于 MEMS 硅晶振
Epson 晶振测试 50 秒条件下的各振荡器频率稳定度结果显示，硅 MEMS 振荡器①由于信号强弱而产生高达约 0.6*10-6 的抖动。带锁相环补偿电路的硅 MEMS 振荡器②稳定度有所改善，但仍不及石英晶体振荡器。
综合上述实验指标以及市面各类产品参数，我们在下表中总结石英晶振及硅晶振各指标的差异。总体来说，MEMS 硅晶振在质量稳定性、抗震性能、交货周期、封装尺寸及可编程方面具有优势，在对小型化要求较高的市场或某些特定的应用场所如物联网、可穿戴等领域逐渐渗透。石英晶振精度高、耗电量小、相噪抖动较小等优势显著，广泛用于卫星通信、GPS、航空航天及消费类民用电子产品中。
