在构建各种电子设备及通信系统设备等过程中，石英晶体振荡器作为信号源，其选择十分重要，将直接影响系统本身的性能。我们已经从晶体振荡器的特征随其所使用的波源与结构的不同而变化，以及振荡器的特性对系统的影响等方面，说明了选择基准信号源的重要性。本次对以下两种振荡器用于基准信号源时的必要特性进行实际测试，通过性能比较进行说明：

①以石英晶体单元为波源的基波振荡器；

②以硅谐振单元为波源且使用锁相环（PLL）的全硅MEMS振荡器。

【振荡器的结构及特征】

石英晶体振荡器是以石英晶体单元的基波振荡为波源而构成的振荡器；全硅MEMS振荡器则以硅谐振单元为波源，并由温度补偿电路及获取任意频率的锁相环电路构成。本次进行特性比较的振荡器基本结构如《图1》所示。从基本结构可以看出，石英晶体振荡器的结构简洁，而全硅MEMS振荡器的结构复杂，包括谐振单元部分、锁相环部分及温度补偿部分。受复杂结构的影响，导致振荡器在噪音增幅、消耗电流的增加等性能方面出现各种差异。下页《表1》表示振荡器源自结构差异的不同特征。在此，我们通过石英晶体振荡器与全硅 MEMS振荡器的性能比较，介绍作为基准信号源所需特性。

【石英晶体振荡器与全硅MEMS振荡器的特性比较】

下列项目是用于电子设备及通信系统设备的振荡器应具备的性能。通过这些项目的实际测试，比较石英晶体振荡器与全硅MEMS振荡器的性能。比较时使用爱普生晶振集团制造的“SG-210S*B”石英晶体振荡器及两种全硅MEMS振荡器。在此须提醒注意的是：这是爱普生集团内独自实施的测试，测试结果并不能保证实际产品的特性。

·比较项目

1）频率温度特性 → 温度变化时频率的稳定性如何？

2）相位噪音与相位抖动 → 通信设备重要要素之一的噪音性能如何？

3）电流消耗 → 消耗的电流量大小？

4）起振特性 → 通电后的起振特性与稳定性如何？

5）频率稳定度 → 频率稳定性如何？

一、频率温度特性

测试石英晶振频率温度特性时，在-40℃的低温下频率稳定后，以+2.0℃/分的梯度使温度连续上升至+85℃，测试该温度段中的频率，结果如《图2》所示。SG-210SGB晶振石英晶体振荡器的温度特性呈现AT型晶体特有的连续性的三次曲线。部分产品亦能够在较大的温度范围内保持特性稳定，例如带简易温调功能的石英晶体振荡器“SG-211S*E”等。图中可以看出全硅MEMS振荡器与石英晶体振荡器同样，亦能够在大温度范围内保持良好的频率温度特性。但是，全硅MEMS振荡器的硅谐振单元的温度特性为线性，为保证频率稳定性则需要使用小数分频锁相环电路进行精密补偿。因此，从《图3》的放大图可以看出，分频比切换时将产生间断性的频率跳动（温度特性曲线中的微小折皱）。如上所示，温度点的振荡频率的不连续性将引起输出信号相位变化，从而对下文说明的噪音和抖动特性造成不良影响。