高頻諧振器講義ppt課件

1、高頻陶瓷諧振器簡(jiǎn)介高頻陶瓷諧振器簡(jiǎn)介浙江嘉康電子股份有限公司浙江嘉康電子股份有限公司ZHEJIANG JIAKANG ZHEJIANG JIAKANG ELECTRONICS CO.,LTDELECTRONICS CO.,LTD諧振器的種類諧振器的種類LC、RC諧振器：特點(diǎn)是尺寸大、初始頻率精度諧振器：特點(diǎn)是尺寸大、初始頻率精度差（差（2.0%）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好、需要調(diào)整；）、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、無需調(diào)整；）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、無需調(diào)整；陶瓷諧振器：特點(diǎn)是尺寸小、初始頻率精度高陶瓷

2、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、無需調(diào)整；）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、無需調(diào)整；聲表面波諧振器：頻率段在幾百聲表面波諧振器：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。目前又出現(xiàn)了新的種類硅諧振器。陶瓷諧振器的一般特性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陶瓷諧振器利用壓電陶瓷鋯鈦酸鉛-PZT，鈦酸鉛鈦酸鉛-PT的機(jī)械振動(dòng)見下表），并且的機(jī)械振動(dòng)見下表），并且依據(jù)所需要的諧振頻率而采用不同的振動(dòng)依據(jù)所需要的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)模式。陶瓷諧振器的主要特性包括高度穩(wěn)定的振

3、蕩頻率、小巧而又輕的結(jié)構(gòu)，并且定的振蕩頻率、小巧而又輕的結(jié)構(gòu)，并且避免了振蕩電路的調(diào)整避免了振蕩電路的調(diào)整(與晶振相比與晶振相比)。陶瓷諧振器的振動(dòng)模式陶瓷諧振器的振動(dòng)模式陶瓷諧振器的工作原理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)曲線顯示諧振阻抗和相位特性。坐標(biāo)曲線顯示諧振器在諧振頻率器在諧振頻率fr和反諧振頻率和反諧振頻率fa之間呈之間呈現(xiàn)電感性。這就意味著諧振器在這兩現(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振蕩器能用個(gè)頻率間能諧振或者說振蕩器能用它來

4、進(jìn)行振蕩）。右圖也顯示了諧振它來進(jìn)行振蕩）。右圖也顯示了諧振器在器在fr產(chǎn)生極小阻抗叫做諧振阻抗產(chǎn)生極小阻抗叫做諧振阻抗在在fa產(chǎn)生最大阻抗叫做反諧振阻抗）。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）。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我們能用這部分來代替Colp電路中的電路中的電感。電感。陶瓷諧振器的工作原理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

5、型諧振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。在器的等效電路。在frfrf ffafa頻率范圍內(nèi)呈感性，加上內(nèi)頻率范圍內(nèi)呈感性，加上內(nèi)藏電容藏電容CL1CL1、CL2CL2本諧振器可作為本諧振器可作為L(zhǎng)CLC網(wǎng)絡(luò)使用，在網(wǎng)絡(luò)使用，在LCLC正反饋正反饋振蕩電路中使用一個(gè)振蕩電路中使用一個(gè)Q1=180Q1=180為反相器，加上為反相器，加上LCLC反饋電路反饋電路又倒相又倒相Q2=180 Q2=180 而形成振蕩電路。而形成振蕩電路。 陶瓷諧振器的工作原理陶瓷諧振器的工作原理振蕩條件：回路增益振蕩條件：回路增益G=10log(G=10log(* *)0)0 相移相移Q=Q

6、1+Q2=360Q=Q1+Q2=360n (n=1n (n=1、2 2、3)3) 基本振蕩電路基本振蕩電路 回路增益測(cè)量電路回路增益測(cè)量電路 V10.01FR1=50T.GO u t p u t = 20dBm2PF1 0 MRf=1MC e r a m i c ResonatorOUTV0I C : T C 7 4 H C U 0 4 V c c = 5 . 0 V G=10Log(V0/V1) 0陶瓷諧振器基本參數(shù)陶瓷諧振器基本參數(shù) 陶瓷諧振器分為陶瓷諧振器分為ZTA型不帶內(nèi)置電容和型不帶內(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型帶內(nèi)置電容），相應(yīng)等效電路和阻抗和相位特性圖

7、如：特性圖如： （ZTA型）型） （ZTT型）型）陶瓷諧振器基本參數(shù)陶瓷諧振器基本參數(shù)C0：靜電容；：靜電容；C1：動(dòng)態(tài)電容；：動(dòng)態(tài)電容；L1動(dòng)態(tài)電感；動(dòng)態(tài)電感；R1：動(dòng)態(tài)電阻；動(dòng)態(tài)電阻；CL1、CL2內(nèi)置負(fù)載電容。內(nèi)置負(fù)載電容。Zr：諧振電阻，近似于：諧振電阻，近似于R1；Fr：諧振頻率，：諧振頻率，F(xiàn)r=1/2L1C1；Fa：反諧振頻率，：反諧振頻率，F(xiàn)a=1/2L1C1C0/(C1+C0) = Fr1+C1/C0；FOSC：振蕩頻率，：振蕩頻率，F(xiàn)OSC= Fr1+C1/(C0+CL)；Qm：機(jī)械品質(zhì)因素，：機(jī)械品質(zhì)因素，Qm=1/2FrC1R1。 ZTT4.00MG ZTT4.00MG

8、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)說明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)說明序號(hào)序號(hào)零部件名稱零部件名稱材料名材料名1 1包封料包封料2 2振子振子PZTPZT3 3振子電極振子電極銀（銀（AgAg）銅（銅（CuCu）4 4焊錫焊錫5 5電容銀層電容銀層銀（銀（AgAg）6 6電容電容PZTPZT7 7F F樹脂樹脂8 8引出片引出片銅（銅（CuCu）鐵（鐵（FeFe）標(biāo)志油墨標(biāo)志油墨RT-8RT-8墨墨陶瓷諧振器制造工藝流程陶瓷諧振器制造工藝流程 振子振子電電容容引腳引腳焊焊接接點(diǎn)蠟點(diǎn)蠟包封包封+標(biāo)標(biāo)志志F涂復(fù)涂復(fù)切腳切腳 陶瓷諧振器制造流程陶瓷諧振器制造流程(ZTT4.00MG)陶瓷諧振器的關(guān)鍵技術(shù)特性陶瓷諧振器的關(guān)鍵技術(shù)特性一一.陶瓷諧振

9、器的振蕩頻率陶瓷諧振器的振蕩頻率 陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定性介于晶振與陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定性介于晶振與LC或或RC振蕩器之間，振蕩器之間，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的初始頻率精度在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的初始頻率精度在0.5%，溫度穩(wěn)定性在，溫度穩(wěn)定性在20到到80時(shí)，偏離初始值在時(shí)，偏離初始值在0.3%到到0.5%內(nèi)。陶內(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%到到3%，一般情況

10、下都可使用陶瓷諧振器的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。，一般情況下都可使用陶瓷諧振器的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。 二二.陶瓷諧振器的諧振阻抗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)格值在小于頻陶瓷諧振器的諧振阻抗規(guī)格值在小于3080歐姆的水平。歐姆的水平。陶瓷諧振器可靠性測(cè)試條件陶瓷諧振器可靠性測(cè)試條件跌落：從跌落：從1mm高處自由下落到水泥高處自由下落到水泥SMD產(chǎn)品為木板產(chǎn)品為木板3次后測(cè)量。次后測(cè)量。振動(dòng)：振動(dòng)頻率振動(dòng)：振動(dòng)頻率10Hz-55Hz，振幅，振幅1.5mm，沿，沿X、Y、Z三三個(gè)方向各進(jìn)行個(gè)方向各進(jìn)行2h的振

11、動(dòng)后測(cè)量。的振動(dòng)后測(cè)量。耐濕：在溫度為耐濕：在溫度為402，相對(duì)濕度為，相對(duì)濕度為90%-95%的試驗(yàn)箱的試驗(yàn)箱中放置中放置100h，經(jīng)自然放置，經(jīng)自然放置1h后測(cè)量。后測(cè)量。高溫儲(chǔ)存：在溫度為高溫儲(chǔ)存：在溫度為852的試驗(yàn)箱中放置的試驗(yàn)箱中放置100h，經(jīng)自，經(jīng)自然放置然放置1h后測(cè)量。后測(cè)量。低溫儲(chǔ)存：在溫度為低溫儲(chǔ)存：在溫度為-252的試驗(yàn)箱中放置的試驗(yàn)箱中放置100h，經(jīng)自，經(jīng)自然放置然放置1h后測(cè)量。后測(cè)量。耐熱沖擊：在耐熱沖擊：在-25試驗(yàn)箱中放置試驗(yàn)箱中放置30min后，直接放入后，直接放入85 的試驗(yàn)箱中保持的試驗(yàn)箱中保持30min為一次循環(huán)，為一次循環(huán)，5次循環(huán)后常溫下放次循

12、環(huán)后常溫下放置置1h進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。耐焊接熱：耐焊接熱： 引線浸入到引線浸入到260 5 焊槽內(nèi)，浸入深度為離引線根部焊槽內(nèi)，浸入深度為離引線根部2mm，保持，保持10 1S，常溫下放置，常溫下放置1h進(jìn)行測(cè)量；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，保持靜負(fù)荷，保持10 1S，然后進(jìn)行測(cè)量。，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次每次每季一次的抽樣試驗(yàn)檢查，并每年季一次的抽樣試驗(yàn)檢查，并每年2次送外委托試驗(yàn)。同次送外委托試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)新品開發(fā)、工藝、材料等變更均需經(jīng)過以上項(xiàng)目的

13、試時(shí)對(duì)新品開發(fā)、工藝、材料等變更均需經(jīng)過以上項(xiàng)目的試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)驗(yàn)證。 嘉康公司環(huán)境試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)嘉康公司環(huán)境試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室試驗(yàn)室振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備恒溫濕熱箱恒溫濕熱箱超低溫箱超低溫箱低溫貯存箱低溫貯存箱高低溫箱高低溫箱陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用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)振蕩電路設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)使用使用C-MOS反相器的基本振蕩電路反相器的基本振蕩電路陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用使用數(shù)字使用數(shù)字ICIC來構(gòu)成振蕩電路，這種做法越來越普來構(gòu)成振蕩電路，這種做法越來越普遍，而最簡(jiǎn)單的方法就是使用反相器門。上圖所遍，而最簡(jiǎn)單的方法就

14、是使用反相器門。上圖所示為使用示為使用C-MOSC-MOS反相器的基本振蕩電路的構(gòu)成，反相器的基本振蕩電路的構(gòu)成，INV.1INV.1用作振蕩電路的反相放大器，用作振蕩電路的反相放大器，INV.2INV.2用來形用來形成波形，還用作連接頻率計(jì)數(shù)器的緩沖器。反饋成波形，還用作連接頻率計(jì)數(shù)器的緩沖器。反饋電阻電阻RfRf圍繞反相器提供負(fù)反饋，以使其處于線性圍繞反相器提供負(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(huì)開始。如果區(qū)內(nèi)，于是當(dāng)加電后，振蕩就會(huì)開始。如果RfRf的的值太大，且如果輸入反相器的絕緣電阻偶然減小，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。

15、同時(shí)，如則由于環(huán)路增益的損失，振蕩將停止。同時(shí)，如果果RfRf太大，來自其他電路的噪聲可能會(huì)被引入到太大，來自其他電路的噪聲可能會(huì)被引入到振蕩電路中。顯然，如果振蕩電路中。顯然，如果RfRf太小，環(huán)路增益將會(huì)太小，環(huán)路增益將會(huì)較低。陶瓷諧振器一般使用阻值為較低。陶瓷諧振器一般使用阻值為1M1M的的RfRf。 陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用阻尼電阻阻尼電阻RdRd在反相器和反饋電路之間提供松耦合，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，提供一種在高頻電阻還可穩(wěn)定

16、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)區(qū)降低增益的手段，從而防止出現(xiàn)寄生振蕩。負(fù)載電容量載電容量CL1CL1和和CL2CL2提供提供180180相位滯后。必須選擇相位滯后。必須選擇的適當(dāng)值取決于用途、所使用的的適當(dāng)值取決于用途、所使用的ICIC以及頻率。如以及頻率。如果果CL1CL1和和CL2CL2的值太低，高頻區(qū)的環(huán)路增益就會(huì)提的值太低，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，高，因此就會(huì)提高出現(xiàn)寄生振蕩的可能性。反之，CL1CL1和和CL2CL2的值太高，高頻區(qū)的環(huán)路增益會(huì)降低，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

17、困難。以高頻區(qū)的振蕩會(huì)變得困難。以4.000MHz4.000MHz為例為例, ,合適合適的的CL1CL1和和CL2CL2值在值在30PF30PF左右左右, ,低頻產(chǎn)品低頻產(chǎn)品CL1CL1和和CL2CL2值應(yīng)值應(yīng)大一些大一些, ,高頻產(chǎn)品高頻產(chǎn)品CL1CL1和和CL2CL2值應(yīng)小一些。值應(yīng)小一些。 陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用陶瓷諧振器在典型振蕩電路的應(yīng)用電路中的振蕩頻率電路中的振蕩頻率FOSCFOSC可近似表示為：可近似表示為：FOSC= Fr1+C1/(C0+CL)FOSC= Fr1+C1/(C0+CL)這表明了振蕩頻率是受負(fù)載電容量影響的。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

18、嚴(yán)格控制振蕩頻率的允許偏差因此當(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。時(shí)，應(yīng)小心定義該值。 ZTTMG產(chǎn)品故障原因分析表產(chǎn)品故障原因分析表不良現(xiàn)象舉例不良現(xiàn)象舉例電容匹配電容匹配(ZTT/ZTA產(chǎn)品的使用產(chǎn)品的使用)頻率匹配頻率匹配(主要是主要是PCB上存在一些雜散電容上存在一些雜散電容)跳頻現(xiàn)象跳頻現(xiàn)象(基頻、三次波、五次波基頻、三次波、五次波)高度問題在高度問題在PCB設(shè)計(jì)過程中可以避免和設(shè)計(jì)過程中可以避免和產(chǎn)品選擇及對(duì)引線產(chǎn)品進(jìn)行彎腳處理）產(chǎn)品選擇及對(duì)引線產(chǎn)品進(jìn)行彎腳處理）高頻陶瓷諧振器類型高頻陶瓷諧振器類型 ZTA ZTA 系列引線型陶瓷諧振器系列引線型陶瓷諧振器, , 頻

19、率范圍頻率范圍1.79MHz-70.00MHz, 1.79MHz-70.00MHz, 由壓電陶瓷振子焊上由壓電陶瓷振子焊上引出片外包封樹脂而成。引出片外包封樹脂而成。 ZTT ZTT 系列引線型陶瓷諧振器系列引線型陶瓷諧振器, , 頻率范圍頻率范圍1.79MHz-70.00MHz, 1.79MHz-70.00MHz, 由壓電陶瓷振子、電由壓電陶瓷振子、電容片焊上引出片外包封樹脂而成。容片焊上引出片外包封樹脂而成。 ZTA/ ZTTZTA/ ZTT系列片狀型陶瓷諧振器，頻率范系列片狀型陶瓷諧振器，頻率范圍圍1.79MHz-70.00MHz, 1.79MHz-70.00MHz, 壓電陶瓷振子密封壓

20、電陶瓷振子密封于陶瓷外殼中。于陶瓷外殼中。 ZTALS/WS）MG型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍1.79MHz-8.00MHzZTA MT型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍6.00MHz-13.00MHzZTA MX型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍13.01MHz-60.00MHzZTTLS/WS） MG型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍1.79MHz-8.00MHzZTTRS MG型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍1.79MHz-4.00MHz-8.00MHzZTT MT型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍6.00MHz-13.00MHzZTT MX型

21、陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍13.01MHz-60.00MHzZTTACC MG型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍1.79MHz-8.00MHzZTTACR MG型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍：頻率范圍：4.00MHz-8.00MHzZTTACV MXT型陶瓷諧振型陶瓷諧振器器頻率范圍頻率范圍8.00MHz-60.0MHzZTTACW MX型陶瓷諧振器型陶瓷諧振器頻率范圍頻率范圍:20.0MHz-60.0MHz壓電陶瓷諧振器的現(xiàn)狀與發(fā)展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的比重。近幾年來，壓電陶瓷在全球每年銷售量按15%左左右的速度增長(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，式的方向發(fā)展，頻率器