高频谐振器讲义.ppt

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1、高频陶瓷谐振器简介,浙江嘉康电子股份有限公司ZHEJIANG JIAKANG ELECTRONICS CO.,LTD,谐振器的种类,LC、RC谐振器：特点是尺寸大、初始频率精度差（2.0%）、长期稳定性不好、需要调整；晶体谐振器：特点是尺寸大、初始频率精度高（0.005%）、长期稳定性好、无需调整；陶瓷谐振器：特点是尺寸小、初始频率精度高（0.5%）、长期稳定性好、无需调整；声表面波谐振器：频率段在几百MHz；介质谐振器：频率段在GHz；目前又出现了新的种类硅谐振器。,陶瓷谐振器的一般特性,陶瓷谐振器利用压电陶瓷（锆钛酸铅-PZT，钛酸铅-PT）的机械振动（见下表），并且依据所需要的谐振频率而

2、采用不同的振动模式。陶瓷谐振器的主要特性包括高度稳定的振荡频率、小巧而又轻的结构，并且避免了振荡电路的调整(与晶振相比)。,陶瓷谐振器的振动模式,陶瓷谐振器的工作原理,陶瓷谐振器利用的是压电材料的机械振动。右图表示了一个陶瓷谐振器的阻抗和相位特性。坐标曲线显示谐振器在谐振频率fr和反谐振频率fa之间呈现电感性。这就意味着谐振器在这两个频率间能谐振（或者说振荡器能用它来进行振荡）。右图也显示了谐振器在fr产生极小阻抗（叫做谐振阻抗）在fa产生最大阻抗（叫做反谐振阻抗）。几乎在其他所有频率谐振器是电容性的，但也有某些频率是电感性的（被称为谐波）。由于谐振器在谐振频率处呈现电感（带一些小的串联电阻）

3、。我们能用这部分来代替Colp电路中的电感。,陶瓷谐振器的工作原理,陶瓷谐振器等效电路如下图所示。虚线框内为两端型谐振器的等效电路。在frffa频率范围内呈感性，加上内藏电容CL1、CL2本谐振器可作为LC网络使用，在LC正反馈振荡电路中使用一个Q1=180为反相器，加上LC反馈电路又倒相Q2=180 而形成振荡电路。,陶瓷谐振器的工作原理,振荡条件：回路增益G=10log(*)0 相移Q=Q1+Q2=360n(n=1、2、3)基本振荡电路 回路增益测量电路,陶瓷谐振器基本参数,陶瓷谐振器分为ZTA型（不带内置电容）和ZTT型（带内置电容），相应等效电路和阻抗和相位特性图如：（ZTA型）（ZT

4、T型）,陶瓷谐振器基本参数,C0：静电容；C1：动态电容；L1动态电感；R1：动态电阻；CL1、CL2内置负载电容。Zr：谐振电阻，近似于R1；Fr：谐振频率，Fr=1/2L1C1；Fa：反谐振频率，Fa=1/2L1C1C0/(C1+C0)=Fr1+C1/C0；FOSC：振荡频率，FOSC=Fr1+C1/(C0+CL)；Qm：机械品质因素，Qm=1/2FrC1R1。,ZTT4.00MG产品结构说明,陶瓷谐振器制造工艺流程,振子,电容,引脚,焊接,点蜡,包封+标志,F涂复,切脚,陶瓷谐振器制造流程(ZTT4.00MG),陶瓷谐振器的关键技术特性,一.陶瓷谐振器的振荡频率 陶瓷谐振器的频率稳定性介

5、于晶振与LC或RC振荡器之间，标准产品的初始频率精度在0.5%，温度稳定性在20到80时，偏离初始值在0.3%到0.5%内。陶瓷谐振器的频率是由标准测量电路进行调整的，但在实际IC电路中使用时振荡频率可能会有偏移。通常工作条件下单片微型计算机的时钟信号所需的频率精度约为2%到3%，一般情况下都可使用陶瓷谐振器的标准产品。二.陶瓷谐振器的谐振阻抗 陶瓷谐振器的谐振阻抗与振动模式、标称频率等有关，高频陶瓷谐振器的谐振阻抗规格值在小于3080欧姆的水平。,陶瓷谐振器可靠性测试条件,跌落：从1mm高处自由下落到水泥（SMD产品为木板）3次后测量。振动：振动频率10Hz-55Hz，振幅1.5mm，沿X、

6、Y、Z三个方向各进行2h的振动后测量。耐湿：在温度为402，相对湿度为90%-95%的试验箱中放置100h，经自然放置1h后测量。高温储存：在温度为852的试验箱中放置100h，经自然放置1h后测量。低温储存：在温度为-252的试验箱中放置100h，经自然放置1h后测量。,耐热冲击：在-25试验箱中放置30min后，直接放入85 的试验箱中保持30min为一次循环，5次循环后常温下放置1h进行测量。耐焊接热：引线浸入到260 5 焊槽内，浸入深度为离引线根部2mm，保持10 1S，常温下放置1h进行测量；端子强度：对每个端子沿引线轴向施加5N静负荷，保持10 1S，然后进行测量。*我司有专门的

7、环境试验室对以上项目进行每年4次（每季一次）的抽样试验检查，并每年2次送外委托试验。同时对新品开发、工艺、材料等变更均需经过以上项目的试验验证。,嘉康公司环境试验室现场,试验室,振动试验设备,恒温湿热箱,超低温箱,低温贮存箱,高低温箱,陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用,振荡电路设计时的注意事项使用C-MOS反相器的基本振荡电路,陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用,使用数字IC来构成振荡电路，这种做法越来越普遍，而最简单的方法就是使用反相器门。上图所示为使用C-MOS反相器的基本振荡电路的构成，INV.1用作振荡电路的反相放大器，INV.2用来形成波形，还用作连接频率计数器的缓冲器。反馈电阻Rf围绕反

8、相器提供负反馈，以使其处于线性区内，于是当加电后，振荡就会开始。如果Rf的值太大，且如果输入反相器的绝缘电阻偶然减小，则由于环路增益的损失，振荡将停止。同时，如果Rf太大，来自其他电路的噪声可能会被引入到振荡电路中。显然，如果Rf太小，环路增益将会较低。陶瓷谐振器一般使用阻值为1M的Rf。,陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用,阻尼电阻Rd在反相器和反馈电路之间提供松耦合，减轻反相器的负载，从而节省能量。此外，阻尼电阻还可稳定反馈电路的相位，提供一种在高频区降低增益的手段，从而防止出现寄生振荡。负载电容量CL1和CL2提供180相位滞后。必须选择的适当值取决于用途、所使用的IC以及频率。如果CL1和

9、CL2的值太低，高频区的环路增益就会提高，因此就会提高出现寄生振荡的可能性。反之，CL1和CL2的值太高，高频区的环路增益会降低，高频区的振荡会变得困难。以4.000MHz为例,合适的CL1和CL2值在30PF左右,低频产品CL1和CL2值应大一些,高频产品CL1和CL2值应小一些。,陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用,电路中的振荡频率FOSC可近似表示为：FOSC=Fr1+C1/(C0+CL)这表明了振荡频率是受负载电容量影响的。因此当必须严格控制振荡频率的允许偏差时，应小心定义该值。,ZTTMG产品故障原因分析表,不良现象举例,电容匹配(ZTT/ZTA产品的使用)频率匹配(主要是PCB上存在一

10、些杂散电容)跳频现象(基频、三次波、五次波)高度问题（在PCB设计过程中可以避免和产品选择及对引线产品进行弯脚处理）,高频陶瓷谐振器类型,ZTA 系列引线型陶瓷谐振器,频率范围1.79MHz-70.00MHz,由压电陶瓷振子焊上引出片外包封树脂而成。ZTT 系列引线型陶瓷谐振器,频率范围1.79MHz-70.00MHz,由压电陶瓷振子、电容片焊上引出片外包封树脂而成。ZTA/ZTT系列片状型陶瓷谐振器，频率范围1.79MHz-70.00MHz,压电陶瓷振子密封于陶瓷外壳中。,ZTA（LS/WS）MG型陶瓷谐振器,频率范围1.79MHz-8.00MHz,ZTA MT型陶瓷谐振器,频率范围6.00

11、MHz-13.00MHz,ZTA MX型陶瓷谐振器,频率范围13.01MHz-60.00MHz,ZTT（LS/WS）MG型陶瓷谐振器,频率范围1.79MHz-8.00MHz,ZTTRS MG型陶瓷谐振器,频率范围1.79,ZTT MT型陶瓷谐振器,频率范围6.00MHz-13.00MHz,ZTT MX型陶瓷谐振器,频率范围13.01MHz-60.00MHz,ZTT（A）CC MG型陶瓷谐振器,频率范围1.79MHz-8.00MHz,ZTT（A）CR MG型陶瓷谐振器,频率范围：4.00MHz-8.00MHz,ZTT（A）CV MX（T）型陶瓷谐振器,频率范围8.00MHz-60.0MHz,ZT

12、T（A）CW MX型陶瓷谐振器,频率范围:20.0MHz-60.0MHz,压电陶瓷谐振器的现状与发展,压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长。随着信息产业的飞速发展，压电陶瓷谐振器已在音视频、通讯、电脑周边等领域大量应用。随着电子整机向数字化、高频化、多功能化和薄、轻、小、便携式的方向发展，频率器件正面临着前所未有的挑战。如今，片式化、高频化、小型化已成为频率器件的主流发展方向。陶瓷谐振器适合绿色环保要求的发展趋势，对压电陶瓷产品来说，主要是实现产品无铅化，目前，产品除陶瓷芯片外部分已基本实现无铅化，陶瓷芯片无铅化也在加快研发速度。,注意事项,一.不要对产品和引线端子施加过大的机械压力。二.引脚产品请不要采用再流焊焊接工艺，避免高温对产品的破坏。三.陶瓷谐振器在使用时，可能会遇到匹配上的问题，引起不稳定的振荡或振荡停止的情况。我们可以对应用电路进行评估，以避免遇到这种情况。四.陶瓷谐振器标准产品的振荡频率可通过标准测试电路进行调整。使用其他IC时可能会有轻微的频移，需要精确的振荡频率时，可以专门针对特定电路进行调整。,谢 谢THANK YOU,浙江嘉康电子股份有限公司ZHEJIANG JIAKANG ELECTRONICS CO.,LTD,