高頻諧振器講義

1、高頻諧振器講義第1頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五諧振器的種類LC、RC諧振器：特點(diǎn)是尺寸大、初始頻率精度差（2.0%）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好、需要調(diào)整；晶體諧振器：特點(diǎn)是尺寸大、初始頻率精度高（0.005%）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、無(wú)需調(diào)整；陶瓷諧振器：特點(diǎn)是尺寸小、初始頻率精度高（0.5%）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、無(wú)需調(diào)整；聲表面波諧振器：頻率段在幾百M(fèi)Hz；介質(zhì)諧振器：頻率段在GHz；目前又出現(xiàn)了新的種類硅諧振器。第2頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的一般特性陶瓷諧振器利用壓電陶瓷（鋯鈦酸鉛-PZT，鈦酸鉛-PT）的機(jī)械振動(dòng)（見(jiàn)下表），并且依據(jù)所需要的

2、諧振頻率而采用不同的振動(dòng)模式。陶瓷諧振器的主要特性包括高度穩(wěn)定的振蕩頻率、小巧而又輕的結(jié)構(gòu)，并且避免了振蕩電路的調(diào)整(與晶振相比)。第3頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的振動(dòng)模式第4頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的工作原理陶瓷諧振器利用的是壓電材料的機(jī)械振動(dòng)。右圖表示了一個(gè)陶瓷諧振器的阻抗和相位特性。坐標(biāo)曲線顯示諧振器在諧振頻率fr和反諧振頻率fa之間呈現(xiàn)電感性。這就意味著諧振器在這兩個(gè)頻率間能諧振（或者說(shuō)振蕩器能用它來(lái)進(jìn)行振蕩）。右圖也顯示了諧振器在fr產(chǎn)生極小阻抗（叫做諧振阻抗）在fa產(chǎn)生最大阻抗（叫做反諧振阻抗）。幾乎

3、在其他所有頻率諧振器是電容性的，但也有某些頻率是電感性的（被稱為諧波）。由于諧振器在諧振頻率處呈現(xiàn)電感（帶一些小的串聯(lián)電阻）。我們能用這部分來(lái)代替Colp電路中的電感。第5頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的工作原理陶瓷諧振器等效電路如下圖所示。虛線框內(nèi)為兩端型諧振器的等效電路。在frffa頻率范圍內(nèi)呈感性，加上內(nèi)藏電容CL1、CL2本諧振器可作為L(zhǎng)C網(wǎng)絡(luò)使用，在LC正反饋振蕩電路中使用一個(gè)Q1=180為反相器，加上LC反饋電路又倒相Q2=180 而形成振蕩電路。 第6頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的工作原理振蕩條件：回路增益

4、G=10log(*)0 相移Q=Q1+Q2=360n (n=1、2、3) 基本振蕩電路 回路增益測(cè)量電路V10.01FR1=50T.GOutput=20dBm2PF10MRf=1MCeramic ResonatorOUTV0IC:TC74HCU04 Vcc=5.0V G=10Log(V0/V1) 0第7頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器基本參數(shù) 陶瓷諧振器分為ZTA型（不帶內(nèi)置電容）和ZTT型（帶內(nèi)置電容），相應(yīng)等效電路和阻抗和相位特性圖如： （ZTA型） （ZTT型）第8頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器基本參數(shù)C0：靜電容；C

5、1：動(dòng)態(tài)電容；L1動(dòng)態(tài)電感；R1：動(dòng)態(tài)電阻；CL1、CL2內(nèi)置負(fù)載電容。Zr：諧振電阻，近似于R1；Fr：諧振頻率，F(xiàn)r=1/2L1C1；Fa：反諧振頻率，F(xiàn)a=1/2L1C1C0/(C1+C0) = Fr1+C1/C0；FOSC：振蕩頻率，F(xiàn)OSC= Fr1+C1/(C0+CL)；Qm：機(jī)械品質(zhì)因素，Qm=1/2FrC1R1。第9頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五 ZTT4.00MG產(chǎn)品結(jié)構(gòu)說(shuō)明序號(hào)零部件名稱材料名1包封料2振子PZT3振子電極銀（Ag）銅（Cu）4焊錫5電容銀層銀（Ag）6電容PZT7F樹(shù)脂8引出片銅（Cu）鐵（Fe）標(biāo)志油墨RT-8墨第10頁(yè)，共36

6、頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器制造工藝流程 振子電容引腳焊接點(diǎn)蠟包封+標(biāo)志F涂復(fù)切腳 陶瓷諧振器制造流程(ZTT4.00MG)第11頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器的關(guān)鍵技術(shù)特性一.陶瓷諧振器的振蕩頻率 陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定性介于晶振與LC或RC振蕩器之間，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的初始頻率精度在0.5%，溫度穩(wěn)定性在20到80時(shí)，偏離初始值在0.3%到0.5%內(nèi)。陶瓷諧振器的頻率是由標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量電路進(jìn)行調(diào)整的，但在實(shí)際IC電路中使用時(shí)振蕩頻率可能會(huì)有偏移。通常工作條件下單片微型計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)所需的頻率精度約為2%到3%，一般情況下都可使用陶瓷諧振器的

7、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。 二.陶瓷諧振器的諧振阻抗 陶瓷諧振器的諧振阻抗與振動(dòng)模式、標(biāo)稱頻率等有關(guān)，高頻陶瓷諧振器的諧振阻抗規(guī)格值在小于3080歐姆的水平。第12頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器可靠性測(cè)試條件跌落：從1mm高處自由下落到水泥（SMD產(chǎn)品為木板）3次后測(cè)量。振動(dòng)：振動(dòng)頻率10Hz-55Hz，振幅1.5mm，沿X、Y、Z三個(gè)方向各進(jìn)行2h的振動(dòng)后測(cè)量。耐濕：在溫度為402，相對(duì)濕度為90%-95%的試驗(yàn)箱中放置100h，經(jīng)自然放置1h后測(cè)量。高溫儲(chǔ)存：在溫度為852的試驗(yàn)箱中放置100h，經(jīng)自然放置1h后測(cè)量。低溫儲(chǔ)存：在溫度為-252的試驗(yàn)箱中放置100h，經(jīng)

8、自然放置1h后測(cè)量。第13頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五耐熱沖擊：在-25試驗(yàn)箱中放置30min后，直接放入85 的試驗(yàn)箱中保持30min為一次循環(huán)，5次循環(huán)后常溫下放置1h進(jìn)行測(cè)量。耐焊接熱： 引線浸入到260 5 焊槽內(nèi)，浸入深度為離引線根部2mm，保持10 1S，常溫下放置1h進(jìn)行測(cè)量；端子強(qiáng)度：對(duì)每個(gè)端子沿引線軸向施加5N靜負(fù)荷，保持10 1S，然后進(jìn)行測(cè)量。* 我司有專門的環(huán)境試驗(yàn)室對(duì)以上項(xiàng)目進(jìn)行每年4次（每季一次）的抽樣試驗(yàn)檢查，并每年2次送外委托試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)新品開(kāi)發(fā)、工藝、材料等變更均需經(jīng)過(guò)以上項(xiàng)目的試驗(yàn)驗(yàn)證。 第14頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日

9、，1點(diǎn)21分，星期五嘉康公司環(huán)境試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備恒溫濕熱箱超低溫箱低溫貯存箱高低溫箱第15頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用 振蕩電路設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用C-MOS反相器的基本振蕩電路第16頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用使用數(shù)字IC來(lái)構(gòu)成振蕩電路，這種做法越來(lái)越普遍，而最簡(jiǎn)單的方法就是使用反相器門。上圖所示為使用C-MOS反相器的基本振蕩電路的構(gòu)成，INV.1用作振蕩電路的反相放大器，INV.2用來(lái)形成波形，還用作連接頻率計(jì)數(shù)器的緩沖器。反饋電阻Rf圍繞反相器提供負(fù)反饋，以使

10、其處于線性區(qū)內(nèi)，于是當(dāng)加電后，振蕩就會(huì)開(kāi)始。如果Rf的值太大，且如果輸入反相器的絕緣電阻偶然減小，則由于環(huán)路增益的損失，振蕩將停止。同時(shí)，如果Rf太大，來(lái)自其他電路的噪聲可能會(huì)被引入到振蕩電路中。顯然，如果Rf太小，環(huán)路增益將會(huì)較低。陶瓷諧振器一般使用阻值為1M的Rf。 第17頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用阻尼電阻Rd在反相器和反饋電路之間提供松耦合，減輕反相器的負(fù)載，從而節(jié)省能量。此外，阻尼電阻還可穩(wěn)定反饋電路的相位，提供一種在高頻區(qū)降低增益的手段，從而防止出現(xiàn)寄生振蕩。負(fù)載電容量CL1和CL2提供180相位滯后。必須選擇的適當(dāng)值取決于

11、用途、所使用的IC以及頻率。如果CL1和CL2的值太低，高頻區(qū)的環(huán)路增益就會(huì)提高，因此就會(huì)提高出現(xiàn)寄生振蕩的可能性。反之，CL1和CL2的值太高，高頻區(qū)的環(huán)路增益會(huì)降低，高頻區(qū)的振蕩會(huì)變得困難。以4.000MHz為例,合適的CL1和CL2值在30PF左右,低頻產(chǎn)品CL1和CL2值應(yīng)大一些,高頻產(chǎn)品CL1和CL2值應(yīng)小一些。 第18頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用電路中的振蕩頻率FOSC可近似表示為：FOSC= Fr1+C1/(C0+CL)這表明了振蕩頻率是受負(fù)載電容量影響的。因此當(dāng)必須嚴(yán)格控制振蕩頻率的允許偏差時(shí)，應(yīng)小心定義該值。 第19頁(yè)

12、，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTTMG產(chǎn)品故障原因分析表第20頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五不良現(xiàn)象舉例電容匹配(ZTT/ZTA產(chǎn)品的使用)頻率匹配(主要是PCB上存在一些雜散電容)跳頻現(xiàn)象(基頻、三次波、五次波)高度問(wèn)題（在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中可以避免和產(chǎn)品選擇及對(duì)引線產(chǎn)品進(jìn)行彎腳處理）第21頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五高頻陶瓷諧振器類型 ZTA 系列引線型陶瓷諧振器, 頻率范圍1.79MHz-70.00MHz, 由壓電陶瓷振子焊上引出片外包封樹(shù)脂而成。 ZTT 系列引線型陶瓷諧振器, 頻率范圍1.79MHz-70.

13、00MHz, 由壓電陶瓷振子、電容片焊上引出片外包封樹(shù)脂而成。 ZTA/ ZTT系列片狀型陶瓷諧振器，頻率范圍1.79MHz-70.00MHz, 壓電陶瓷振子密封于陶瓷外殼中。 第22頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTA（LS/WS）MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz第23頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTA MT型陶瓷諧振器頻率范圍6.00MHz-13.00MHz第24頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTA MX型陶瓷諧振器頻率范圍13.01MHz-60.00MHz第25頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，

14、5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT（LS/WS） MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz第26頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTTRS MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79第27頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT MT型陶瓷諧振器頻率范圍6.00MHz-13.00MHz第28頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT MX型陶瓷諧振器頻率范圍13.01MHz-60.00MHz第29頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT（A）CC MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz

15、第30頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT（A）CR MG型陶瓷諧振器頻率范圍：4.00MHz-8.00MHz第31頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT（A）CV MX（T）型陶瓷諧振器頻率范圍8.00MHz-60.0MHz第32頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五ZTT（A）CW MX型陶瓷諧振器頻率范圍:20.0MHz-60.0MHz第33頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五壓電陶瓷諧振器的現(xiàn)狀與發(fā)展壓電陶瓷作為重要的功能材料在電子材料領(lǐng)域占據(jù)相當(dāng)大的比重。近幾年來(lái)，壓電陶瓷在全球每年銷售量按15%

16、左右的速度增長(zhǎng)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，壓電陶瓷諧振器已在音視頻、通訊、電腦周邊等領(lǐng)域大量應(yīng)用。隨著電子整機(jī)向數(shù)字化、高頻化、多功能化和薄、輕、小、便攜式的方向發(fā)展，頻率器件正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。如今，片式化、高頻化、小型化已成為頻率器件的主流發(fā)展方向。陶瓷諧振器適合綠色環(huán)保要求的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)壓電陶瓷產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，主要是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無(wú)鉛化，目前，產(chǎn)品除陶瓷芯片外部分已基本實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化，陶瓷芯片無(wú)鉛化也在加快研發(fā)速度。第34頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)21分，星期五注意事項(xiàng)一.不要對(duì)產(chǎn)品和引線端子施加過(guò)大的機(jī)械壓力。二.引腳產(chǎn)品請(qǐng)不要采用再流焊焊接工藝，避免高溫對(duì)產(chǎn)品的破壞。三.陶瓷諧振器在