電信應用要求在1s積分時間內具有優(yōu)于10-10的Allan偏差（ADEV）的時鐘，或者對于48MHz金屬面時鐘晶振在1Hz偏移頻率下具有小于-59dBc的PN，降低30dB/十倍。此類應用還需要-40至85°C的±0.1ppm頻率穩(wěn)定性，必須在1°C/s的溫度斜坡和熱瞬態(tài)期間保持，通常在100Hz帶寬內。本工作中描述的MEMS振蕩器滿足PN要求，無需溫度補償（XO）。但是，為了滿足穩(wěn)定性要求，溫度補償（TCXO）是必不可少的。

最佳報告的TDC分辨率為100μK（rms），10S/s，FOM為13pJK2。在這項工作中，MEMS頻率變化高達1ppm/K.為避免降低TCXO PN，需要在200S/s下至少50μK的TDC分辨率。為了滿足這一要求而擴展架構將需要1W的功耗。VCXO晶振傳感器實現(xiàn)了迄今為止最佳的能效，FOM為0.52pJK2，但在10mK（rms）時，其分辨率遠遠不夠。此外，這兩個最佳示例都是基于熱敏電阻的，并且在整個壽命期間不太可能滿足±0.1ppm的穩(wěn)定性要求（包括滯后）。其他TDC類型，例如基于BJT的傳感器，尚未達到所需的分辨率和能量效率。所提出的雙MEMS諧振器TDC在這項工作中使我們能夠同時實現(xiàn)目標分辨率，BW，FOM和穩(wěn)定性。

圖1描述了可編程石英晶體振蕩器，在一個芯片上有兩個MEMS諧振器，連接到CMOS芯片，包括兩個振蕩器維持電路，一個頻率比引擎和一個頻率合成器。在該架構中，溫度信息來自兩個MEMS頻率的比率：溫度檢測頻率fTS（45MHz）和溫度平坦頻率fTF（47MHz），溫度系數為-7ppm/K和1ppm/K,分別。因此它們的比率具有約-8ppm/K的溫度系數.

圖2顯示了頻率比引擎，它由一個嵌套在另一個內的PLL組成。數字PLL（DPLL）將fTS鎖定為由嵌套模擬小數N分頻PLL（APLL）提供的fTF的縮放值，并用作DPLL的數控振蕩器（DCO）。 APLL的小數除法值是兩個頻率的縮放比率。DCO的輸出頻率除以10，以優(yōu)化所用過程中的功率和性能。小數除法值應用于由7階多項式和橢圓低通濾波器組成的TDC數據路徑。然后，通過修改頻率合成器的可編程倍頻器（PFM）值，濾波后的結果用于穩(wěn)定參考頻率fTF，從而在合成器的輸出端產生穩(wěn)定的頻率。