所有电子产品在使用期间都会受到冲击和振动,包括石英晶振,贴片晶振产品.从口袋或背包中携带的移动消费产品所经历的运动到工业设备或航空航天应用的高振动水平,力量范围可以不一样.即使是建筑物中的静止产品也可能会受到附近风扇或其他设备的振动.因此,重要的是要考虑电子元件在冲击和振动情况下的表现.表1显示了各种环境下的典型加速度水平.

冲击和振动会导致石英晶振组件和外壳的物理损坏,导致PCB组件中的焊点失效,并降低电子组件的性能.石英晶体振荡器容易受到几种不利影响:谐振器受损,振动引起的相位噪声和抖动增加以及冲击引起的频率尖峰.

石英晶体振荡器中的晶体谐振器是悬臂式结构,对振动造成的损害尤其敏感.ILSI MMD MEMS谐振器基本上更加稳健,有两个原因.首先,它们的质量比石英晶体谐振器小得多,这减少了由振动引起的加速度施加到谐振器的力.其次,ILSI MMD MEMS振荡器的专有设计包括非常坚硬的谐振器结构,这些结构在体模式下可以面内振动,本身具有抗振动的几何形状,振荡器电路设计可最大限度地减少振动下的频率偏移.

测试条件

由于外力可能在方向,持续时间和强度方面有所不同,因此测量石英晶体振荡器在各种测试条件下的电响应以充分了解它们对冲击和振动的敏感性非常重要.ILSI MMD评估振荡器对三种不同振动或冲击模式的响应（1）正弦振动,（2）随机振动和（3）脉冲冲击冲击.经过测试的设备都是商用产品,包括来自ILSI晶振和竞争对手的基于MEMS的振荡器,以及来自几家制造商的基于石英的振荡器.我们将石英振荡器与表面声波（SAW）晶体谐振器结合在一起,这种谐振器在高工作频率下具有较低的抖动.

正弦振动

第一个测试测量的频率范围为15Hz至2kHz时对正弦振动的响应.正弦振动的周期性产生频率调制,其在相位噪声频谱中引起杂散,频率偏移于振动频率.为了表征振荡器对振动的敏感性,将振动引起的相位噪声杂散以dBc为单位转换为十亿分之几（ppb）的等效频移,然后用正弦振动的峰值加速度归一化,并以ppb/g表示.

振动测试装置由控制器,功率放大器和振动器组成,如图1和图2所示.每个正弦振动频率（15,30,60,100,300,600,1000和2000Hz）的峰值加速度为4g）.振动频率的每次扫描花费约15至20分钟,并且每个晶振频率点的停留时间约为1分钟.振荡器对外力的响应是各向异性的,即它取决于振动的方向.因此,参考封装上的器件引脚1标记和方向如图1所示,在x,y和z方向上重复测试.图中给出了每个振荡器最差情况下的数据.

随机振动

振荡器在使用过程中可能会经历随机振动,石英晶振频率范围从几Hz到几kHz.这些振动会增加宽带相位噪声.若干标准规定随机振动曲线的测试条件,该条件随预期的操作环境或测试电子设备的类型而变化错误！未找到参考源..我们根据MIL-STD-883H方法2026进行了测试,因为该标准最适用于电子元件.本标准规定了振动曲线并允许各种强度等级（见图3）.条件B,复合功率等级为7.5grms,适用于高振动的移动环境.图1测试装置中的控制器使用数字信号处理来合成指定频率范围内的随机振动,

随机振动导致与振动频率对应的偏移处的相位噪声增加.我们测量了每个石英晶体振荡器有无振动时的相位噪声,并计算了从15Hz到10KHz的积分相位抖动值.然后可以从两个值之间的均方根差异导出诱发抖动.

休克

第三个测试测量了操作期间响应于冲击影响的瞬态频率偏差.该测试遵循MIL-STD-883H方法2002的规范,并且我们监测了加速度为500-g的1ms半正弦波冲击脉冲的瞬态频率响应.

2002年的MIL-STD-883H标准被广泛用于测试石英晶体振荡器在非运行模式下的机械冲击下的耐受性.大多数商用石英晶体振荡器在100-g到1500-g的环境质量测试中都有规定,而ILSI MMD MEMS振荡器已达到10,000g到50,000g机械冲击的环境要求.

冲击测试装置如图4和图5所示.与振动测试方法类似,我们将振荡器定向为在x,y和z方向施加冲击,并测量最坏情况.频率测量每100微秒持续10秒钟,提供冲击前,中,后的频率响应数据.