高频谐振器讲义.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高频谐振器讲义,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；,5%,）、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）。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,CL,1,、CL,2,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,Q,1,=180,为反相器，加上,LC,反馈电路又倒相,Q,2,=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=Q,1,+Q,2,=360n,(n=1、2、3,),基本振荡电路 回路增益测量电路,V,1,0.01,F,R,1,=50,T.G,Output=20dBm,2,PF,10,M,Rf=1M,Ceramic Resonator,OUT,V,0,IC:TC74HCU04 Vcc=5.0V G=10Log(V,0,/V,1,),0,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）,（,ZTT,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。,产品结构说明,序号,零部件名称,材料名,1,包封料,2,振子,PZT,3,振子电极,银（,Ag,）,铜（,Cu,）,4,焊锡,5,电容银层,银（,Ag,）,6,电容,PZT,7,F,树脂,8,引出片,铜（,Cu,）,铁（,Fe,）,标志油墨,RT-8,墨,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,陶瓷谐振器的频率稳定性介于晶振与,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。,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1,mm,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10,Hz-55Hz，mm，,沿,X、Y、Z,三个方向各进行2,h,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100,h，,经自然放置1,h,后测量。,高温储存：在温度为852的试验箱中放置100,h，,经自然放置1,h,后测量。,低温储存：在温度为-252的试验箱中放置100,h，,经自然放置1,h,后测量。,耐热冲击：在-25试验箱中放置30,min,后，直接放入85 的试验箱中保持30,min,为一次循环，5次循环后常温下放置1,h,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2,mm，,保持10 1,S，,常温下放置1,h,进行测量；,端子强度：对每个端子沿引线轴向施加5,N,静负荷，保持10 1,S，,然后进行测量。,*我司有专门的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，用作振荡电路的反相放大器，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1,M,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,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,CL2MHz,为例,合适的,CL1,和,CL2,值在30,PF,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,显然，如果Rf太小，环路增益将会较低。,陶瓷谐振器等效电路如下图所示。,显然，如果Rf太小，环路增益将会较低。,Qm：机械品质因素，Qm=1/2FrC1R1。,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。,ZTA/ZTTMHz-70.,目前又出现了新的种类硅谐振器。,00MHz,压电陶瓷振子密封于陶瓷外壳中。,嘉康公司环境试验室现场,压电陶瓷谐振器的现状与发展,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。,ZTT MT型陶瓷谐振器,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。,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。,基本振荡电路 回路增益测量电路,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 MHz-70.00MHz,由压电陶瓷振子焊上引出片外包封树脂而成。,ZTT MHz-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/ZTTMHz-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,ZTA,MT,型陶瓷谐振器,ZTA,MX,型陶瓷谐振器,ZTT（LS/WS）MG,型陶瓷谐振器,ZTTRS,MG,型陶瓷谐振器,ZTT,MT,型陶瓷谐振器,ZTT,MX,型陶瓷谐振器,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。,ZTT MT型陶瓷谐振器,Zr：谐振电阻，近似于R1；,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。,5%，温度稳定性在20到80时，偏离初始值在0.,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。,显然，如果Rf太小，环路增益将会较低。,陶瓷谐振器可靠性测试条件,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。,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。,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。,陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用,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。,频率匹配(主要是PCB上存在一些杂散电容),ZTT（A）CW MX型陶瓷谐振器,电路中的振荡频率FOSC可近似表示为：,ZTT（A）CC,MG,型陶瓷谐振器,ZTT（A）CR,MG,型陶瓷谐振器,ZTT,（A）CV,MX（T）,型陶瓷谐振器,ZTT（A）CW,MX,型陶瓷谐振器,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,ZHEJIANG JIAKANG ELECTRONICS CO.,LTD,