在现代科学技术和人们需求推动下，互联网技术和现代通信技术的覆盖范围逐渐扩大。网络密致化趋势愈加明显，各项基础设施建设受到人们广泛的重视，城市当中各不同区域部署的基础设备设施数量也快速增长，而由于运行环境的不同，对设备设施所使用的元件也提出了更高的要求，意味着这些系统设备中高精度时钟元件需要做到适应高温环境，具备高度的热震荡与振动以及不稳定气流的抗性，确保能够保证稳定运行。因此，各生产商和相应技术部门开始针对石英技术进行技术升级研究，以期能够提高高精度时钟元件运行的稳定性和对环境的适应性。
一、MEMS时钟方案的优势
MEMS时钟方案是由Sitime所推出的，其是基于MEMS基础的Elite Platform，能够对高精度时钟必须具备的耐高温、抗热震荡、振动和稳定气流条件的全面满足，从Elite解决方案整体实践结果来讲，扩展了15亿美元的全球通信和网络时钟市场。Sitime是MEMS模拟半导体企业，其所提出的这项MEMS时钟方案能够替代传统石英产品和基于MEMS的硅时钟解决方案，由于其所具有的优势使得目前该企业已经占据了近90%市场份额。
新型电信基础设施主要是建立在4G/5G小型基站、同步以太网络技术基础上，实现了网络数据容量扩容，而其中所使用的大功率元件在运行下，会产生不小的热负载，且会处在动态的变化下，当温度快速变化，高精度时钟元件动态性能能够满足这一类型设备的要求。
MEMS技术在动态环境下，其有着良好的运行状态，目前已经成为石英技术当中具备较高可行性的替代方案，产品适用于网络、存储和服务器以及电信设备，而且也适用于其他高可靠性的应用，如测试用仪器仪表、汽车ADAS高精度GPS定位、智能电网，乃至航空电子设备中也有着较好的应用效果，在农业精确测绘等方面也有着良好的应用效果[1]。
二、MEMS振荡器温度补偿和低噪声频率合成
MEMS时钟方案包含了振荡器温度补偿等多款不同类型的振荡器，这些高精度时钟元件能够在电信、网络设备中得到应用，且能够有效的解决传统石英晶振产品所固有的时钟问题，即使在一些较为严苛的环境条件下也能够有着较高的稳定性，这也使得其有助于网络和通信设备保持最高状态的优异性能，具有着很高的可靠性。
通过专业机构的测试数据分析显示，在真实工作环境条件下，MEMS振荡器温度补偿能够表现出十分出优秀的动态性能，在传统石英晶振产品中所出现的无法满足常见环境中实际形同性能规格关键性问题，在MEMS振荡器温度补偿性运用下都能够得到很好的解决。MEMS温度补偿型振荡器在设计时，主要参考了不同条件不同因素所造成的影响，使其能够在振动、气流、嘈杂电源干扰冲击环境条件中的稳定额定性能规格，尤其相位噪声、抖动和艾伦偏差等多个条件下的表现也可圈可点。而且其动态稳定性能够在不影响用户体验基础上提供稳定的系统性能服务，能够大幅降低用户设备呼叫掉线的概率。
MEMS温度补偿型振荡器的设计能够承受空气流动热冲击和振动的环境条件所带来的压力，其能够通过在气流、温度快速变化和机械振动、电源噪声条件下提供稳定时钟，同时其具有的优异动态特性可以同时满足多种特性，如数字控制功能所具有的多协议支持，实现系统设计的简化，与目前最优的±50ppb石英振荡器，在基于CPU系统标准下，其冷却风扇气流条件，相比ADEV、TDEV和MTIE曲线可以看出其具有着明显的运行优势。
MEMS时钟方案是以创新型的DuaIMEMSTM架构所具备的特性所进行的，同时也融合了TurboCompensationTM技术，整体上，其集中了较高精确度的温度传感器，能够具备较高针对性的温度补偿方案和低噪声频率合成气，以实现其高度稳定和适应性的动态调整性，且目前其结构具备有三大有益的动态性能特性：
第一，具备较高的坚固性和耐用性、可靠性，同时其也是经过验证的TempFiatMEMSTM能消除品扰动，振动免疫力能够超出石英达性能。
第二，100%准确热耦合的DuaIMEMS的温度监测，所以其温度跟踪速度超过原有水平近40倍，能够最大程度上保证气流和快速温度变化环境条件下的最佳运行稳定性能。
第三，混合信号电路所具有的高度集成化主要搭载片上内置稳定期、时间至数字转换器和低噪声锁相环回路，对于电源噪声有着较高的免疫力，超出原有水平的5倍以上，温度分辨率可达30µK，超出石英达10倍以上，同时还能够支持1-700MHz区间范围内的所有频率。
目前，MEMS时钟方案主要推出了多个新型系列产品，充分满足多种不同频率和各种独特功能的要求，且所设计的方案可以具备0.1ppb/g震动免疫力，同时也能够避免频率扰动或微跳变[2]。
三、MEMS振荡器相位噪声和相位抖动比较分析
MEMS振荡器的相位噪声是关键区别要素，特别是能够针对普通环境条件压力环境系统做出调整。对于MEMS温度补偿型振荡器与传统石英振荡器在相同振动条件下的相位噪声比较中，米线要优于传统石英振荡器，整体性能优异水平增幅了近20倍以上，通过对掉线次数的对比发现，其能够大幅降低掉线次数，明显提高通话稳定性和通话服务质量，在有限应用如OLT、DSL/Gfast和同步以太网当中，MEMS振荡器所具有的抗震动性能够大幅降低数据链路的损失，保证搞数据吞吐量，而且这些设备即使在高振动环境条件下或高密度的散热风扇中也能够保证稳定、可靠的服务。
关于振动测试是按照Mil-STD-883F标准基础上的2026次方法，频率范围为15Hz-2Hz，整体上其振动强度为7.5grms。
而超低振动差分振荡器与高温VCXO都已经可以进入市场，而MEMS温度补偿型振荡器目前从市场推广情况来看，整体有失明显[3]。
结束语：
本文主要进行了MEMS振荡器时钟方案的优势介绍，并进行了温度补偿、振动、相位噪声等多方面比较分析，整体动态稳定性有着很好的效果，值得推广。
参考文献：
[1]JoeMADDEN.MEMS振荡器的温度补偿和低噪声频率合成特性[J].集成电路应用,2016,33(11):28-30.
[2]孙晓化,王宏兴,张启东.用于晶体振荡器温度补偿的次方电压产生方法[J].电子科技,2019,000(12):36.
[3]杨艳军,杨洁,胡红博,等.一种具有温度补偿的低功耗张弛振荡器[J].微电子学,2018,275(03):105-108.