高頻諧振器講義

高頻諧振器講義第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六諧振器的種類LC、RC諧振器：特點是尺寸大、初始頻率精度差（±2.0%）、長期穩(wěn)定性不好、需要調(diào)整；晶體諧振器：特點是尺寸大、初始頻率精度高（±0.005%）、長期穩(wěn)定性好、無需調(diào)整；陶瓷諧振器：特點是尺寸小、初始頻率精度高（±0.5%）、長期穩(wěn)定性好、無需調(diào)整；聲表面波諧振器：頻率段在幾百MHz；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。第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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）的機械振動（見下表），并且依據(jù)所需要的諧振頻率而采用不同的振動模式。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)。第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器的振動模式第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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械振動。右圖表示了一個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頻率間能諧振（或者說振蕩器能用它來進行振蕩）。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）。我們能用這部分來代替Colp電路中的電感。第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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fr＜f＜fa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LC網(wǎng)絡(luò)使用，在LC正反饋振蕩電路中使用一個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。

第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器的工作原理振蕩條件：回路增益G=10log(α*β)≥0相移Q=Q1+Q2=360°×n

(n=1、2、3……)

基本振蕩電路回路增益測量電路V10.01μFR1=50ΩT.GOutput=－20dBm2PF10MΩRf=1MΩCeramicResonatorOUTV0～IC:TC74HCU04Vcc=5.0VG=10Log(V0/V1)≥0第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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）第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器基本參數(shù)C0：靜電容；C1：動態(tài)電容；L1動態(tài)電感；R1：動態(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=1/2π√L1C1；Fa：反諧振頻率，F(xiàn)a=1/2π√L1C1C0/(C1+C0)=Fr√1+C1/C0；FOSC：振蕩頻率，F(xiàn)OSC=Fr√1+C1/(C0+CL)；Qm：機械品質(zhì)因素，Qm=1/2πFrC1R1。第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六

ZTT4.00MG產(chǎn)品結(jié)構(gòu)說明序號零部件名稱材料名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樹脂8引出片銅（Cu）鐵（Fe）標(biāo)志油墨RT-8墨第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器制造工藝流程

振子電容引腳焊接點蠟包封+標(biāo)志F涂復(fù)切腳陶瓷諧振器制造流程(ZTT4.00MG)第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器的關(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，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)測量電路進行調(diào)整的，但在實際IC電路中使用時振蕩頻率可能會有偏移。通常工作條件下單片微型計算機的時鐘信號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30—80歐姆的水平。第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器可靠性測試條件跌落：從1mm高處自由下落到水泥（SMD產(chǎn)品為木板）3次后測量。振動：振動頻率10Hz-55Hz，振幅1.5mm，沿X、Y、Z三個方向各進行2h的振動后測量。耐濕：在溫度為40±2℃，相對濕度為90%-95%的試驗箱中放置100h，經(jīng)自然放置1h后測量。高溫儲存：在溫度為85±2℃的試驗箱中放置100h，經(jīng)自然放置1h后測量。低溫儲存：在溫度為-25±2℃的試驗箱中放置100h，經(jīng)自然放置1h后測量。第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六耐熱沖擊：在-25℃試驗箱中放置30min后，直接放入＋85℃的試驗箱中保持30min為一次循環(huán)，5次循環(huán)后常溫下放置1h進行測量。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進行測量；端子強度：對每個端子沿引線軸向施加5N靜負(fù)荷，保持10±1S，然后進行測量。*我司有專門的環(huán)境試驗室對以上項目進行每年4次（每季一次）的抽樣試驗檢查，并每年2次送外委托試驗。同時對新品開發(fā)、工藝、材料等變更均需經(jīng)過以上項目的試驗驗證。

第十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六嘉康公司環(huán)境試驗室現(xiàn)場試驗室振動試驗設(shè)備恒溫濕熱箱超低溫箱低溫貯存箱高低溫箱第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用

振蕩電路設(shè)計時的注意事項使用C-MOS反相器的基本振蕩電路第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用使用數(shù)字IC來構(gòu)成振蕩電路，這種做法越來越普遍，而最簡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用來形成波形，還用作連接頻率計數(shù)器的緩沖器。反饋電阻Rf圍繞反相器提供負(fù)反饋，以使其處于線性區(qū)內(nèi)，于是當(dāng)加電后，振蕩就會開始。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，如果Rf太大，來自其他電路的噪聲可能會被引入到振蕩電路中。顯然，如果Rf太小，環(huán)路增益將會較低。陶瓷諧振器一般使用阻值為1MΩ的Rf。

第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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)路增益就會提高，因此就會提高出現(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)路增益會降低，高頻區(qū)的振蕩會變得困難。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。

第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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=Fr√1+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，應(yīng)小心定義該值。

第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT□MG產(chǎn)品故障原因分析表第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六不良現(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)高度問題（在PCB設(shè)計過程中可以避免和產(chǎn)品選擇及對引線產(chǎn)品進行彎腳處理）第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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脂而成。

ZTT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、電容片焊上引出片外包封樹脂而成。

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。

第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTA（LS/WS）□MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTA□MT型陶瓷諧振器頻率范圍6.00MHz-13.00MHz第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTA□MX型陶瓷諧振器頻率范圍13.01MHz-60.00MHz第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT（LS/WS）□MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTTRS□MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-4.00MHz-8.00MHz第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT□MT型陶瓷諧振器頻率范圍6.00MHz-13.00MHz第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT□MX型陶瓷諧振器頻率范圍13.01MHz-60.00MHz第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT（A）CC□MG型陶瓷諧振器頻率范圍1.79MHz-8.00MHz第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT（A）CR□MG型陶瓷諧振器頻率范圍：4.00MHz-8.00MHz第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT（A）CV□MX（T）型陶瓷諧振器頻率范圍8.00MHz-60.0MHz第三十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六ZTT（A）CW□MX型陶瓷諧振器頻率范圍:20.0MHz-60.0MHz第三十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六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，壓電陶瓷在全球每年銷售量按15%左右的速度增長。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，對壓電陶瓷產(chǎn)品來說，主要是實現(xiàn)產(chǎn)品無鉛化，目前，產(chǎn)品除陶瓷芯片外部分已基本實現(xiàn)無鉛化，陶瓷芯片無鉛化也在加快研發(fā)速度。第三十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六注意事項一.不要對產(chǎn)品和引線端子施加過大的機械壓力。二.引腳產(chǎn)品請不要采用再流焊焊