高频谐振器讲义课件

1、高频谐振器讲义课件 高频陶瓷谐振器简介高频陶瓷谐振器简介 ZHEJIANG JIAKANG ELECTRONICS CO.,LTD 高频谐振器讲义课件 谐振器的种类谐振器的种类 LC、RC谐振器：特点是尺寸大、初始频率精度谐振器：特点是尺寸大、初始频率精度 差（差（2.0%）、长期稳定性不好、需要调整；）、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；）、长期稳定性好、无需调整； 陶瓷谐振器：特点是尺寸小陶瓷谐振器：特点是尺寸小、初始频率精度高初始频率精度高 （0.5%）、长期稳定性好、无

2、需调整；）、长期稳定性好、无需调整； 声表面波谐振器：频率段在几百声表面波谐振器：频率段在几百MHz； 介质谐振器：频率段在介质谐振器：频率段在GHz； 目前又出现了新的种类硅谐振器。目前又出现了新的种类硅谐振器。 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器的一般特性陶瓷谐振器的一般特性 陶瓷谐振器利用压电陶瓷（锆钛酸铅陶瓷谐振器利用压电陶瓷（锆钛酸铅-PZT， 钛酸铅钛酸铅-PT）的机械振动（见下表），并且的机械振动（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

3、的结构，并且定的振荡频率、小巧而又轻的结构，并且 避免了振荡电路的调整避免了振荡电路的调整(与晶振相比与晶振相比)。 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器的振动模式陶瓷谐振器的振动模式 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器的工作原理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。坐标曲线显示谐振阻抗和相位特性。坐标曲线显示谐振 器在谐振频率器在谐振频率fr和反谐振频率和反谐振频率fa之间呈之间呈 现电感性。这就意味着谐振器在这两现电感性。这就意味着谐振器在这两 个频率间能谐振（或者说振

4、荡器能用个频率间能谐振（或者说振荡器能用 它来进行振荡）。右图也显示了谐振它来进行振荡）。右图也显示了谐振 器在器在fr产生极小阻抗（叫做谐振阻抗）产生极小阻抗（叫做谐振阻抗） 在在fa产生最大阻抗（叫做反谐振阻抗）。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）。处呈现电感（带一些小的串联电阻）。 我们能用这部分来代替我们能用这部分来代替Colp电路中的电电路中的电 感。感。

5、高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器的工作原理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。在器的等效电路。在frfrf ffafa频率范围内呈感性，加上内频率范围内呈感性，加上内 藏电容藏电容CLCL1 1、CLCL2 2本谐振器可作为本谐振器可作为LCLC网络使用，在网络使用，在LCLC正反馈正反馈 振荡电路中使用一个振荡电路中使用一个Q Q1 1=180=180为反相器，加上为反相器，加上LCLC反馈电路反馈电路 又倒相又倒相Q Q2 2=180 =180 而形成振荡电路。而形成振荡电路。 高频谐振器讲

6、义课件 陶瓷谐振器的工作原理陶瓷谐振器的工作原理 振荡条件：回路增益振荡条件：回路增益G=10log(G=10log(* *)0)0 相移相移Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2=360=360n n (n=1(n=1、2 2、3 3) ) 基本振荡电路基本振荡电路 回路增益测量电路回路增益测量电路 V1 0.01F R1=50 T.G O u t p u t = 20dBm 2PF1 0 M R f = 1 M C e r a m i c Resonator OUT V 0 I C : T C 7 4 H C U 0 4 V c c = 5 . 0 V G=10Log(V0/V1) 0 高频谐振

7、器讲义课件 陶瓷谐振器基本参数陶瓷谐振器基本参数 陶瓷谐振器分为陶瓷谐振器分为ZTA型（不带内置电容）和型（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型（带内置电容），相应等效电路和阻抗和相位 特性图如：特性图如： （ZTA型）型） （ZTT型）型） 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器基本参数陶瓷谐振器基本参数 C0：静电容；静电容；C1：动态电容；动态电容；L1动态电感；动态电感；R1： 动态电阻；动态电阻；CL1、CL2内置负载电容。内置负载电容。 Zr：谐振电阻，近似于谐振电阻，近似于R1； Fr：谐振频率，谐振频率，Fr=1/2L1C1； Fa：反谐振频率，反谐振频

8、率，Fa=1/2L1C1C0/(C1+C0) = Fr1+C1/C0； FOSC：振荡频率，振荡频率，FOSC= Fr1+C1/(C0+CL)； Qm：机械品质因素，机械品质因素，Qm=1/2FrC1R1。 高频谐振器讲义课件 ZTT4.00MGZTT4.00MG产品结构说明产品结构说明 序号序号零部件名称零部件名称材料名材料名 1 1包封料包封料 2 2振子振子PZTPZT 3 3振子电极振子电极银（银（AgAg） 铜（铜（CuCu） 4 4焊锡焊锡 5 5电容银层电容银层银（银（AgAg） 6 6电容电容PZTPZT 7 7F F树脂树脂 8 8引出片引出片铜（铜（CuCu） 铁（铁（Fe

9、Fe） 标志油墨标志油墨RT-8RT-8墨墨 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器制造工艺流程陶瓷谐振器制造工艺流程 振子振子 电电容容 引脚引脚 焊焊接接点蜡点蜡 包封包封+标标志志 F涂复涂复切脚切脚 陶瓷谐振器制造流程陶瓷谐振器制造流程(ZTT4.00MG) 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器的关键技术特性陶瓷谐振器的关键技术特性 一一.陶瓷谐振器的振荡频率陶瓷谐振器的振荡频率 陶瓷谐振器的频率稳定性介于晶振与陶瓷谐振器的频率稳定性介于晶振与LCLC或或RCRC振荡器之间，振荡器之间， 标准产品的初始频率精度在标准产品的初始频率精度在0.5%0.5%，温度稳定性在，温度稳定性在2020 到到808

10、0时，偏离初始值在时，偏离初始值在0.3%0.3%到到0.5%0.5%内。陶瓷谐振内。陶瓷谐振 器的频率是由标准测量电路进行调整的，但在实际器的频率是由标准测量电路进行调整的，但在实际ICIC电路电路 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型计算机的时钟信号所需的频率精度约为2%2%到到3%3%，一般，一般 情况下都可使用陶瓷谐振器的标准产品。情况下都可使用陶瓷谐振器的标准产品。 二二.陶瓷谐振器的谐振阻抗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，高陶瓷谐振器的谐振阻

11、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频陶瓷谐振器的谐振阻抗规格值在小于3080欧姆的水平。欧姆的水平。 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器可靠性测试条件陶瓷谐振器可靠性测试条件 跌落：从跌落：从1mm高处自由下落到水泥（高处自由下落到水泥（SMD产品为木板）产品为木板）3 次后测量。次后测量。 振动：振动频率振动：振动频率10Hz-55Hz，振幅振幅1.5mm，沿沿X、Y、Z三三 个方向各进行个方向各进行2h的振动后测量。的振动后测量。 耐湿：在温度为耐湿：在温度为402，相对湿度为，相对湿度为90%-95%的试验箱的试验箱 中放置中放置100h，经自然放置经自然放

12、置1h后测量。后测量。 高温储存：在温度为高温储存：在温度为852的试验箱中放置的试验箱中放置100h，经自经自 然放置然放置1h后测量。后测量。 低温储存：在温度为低温储存：在温度为-252的试验箱中放置的试验箱中放置100h，经自经自 然放置然放置1h后测量。后测量。 高频谐振器讲义课件 耐热冲击：在耐热冲击：在-25试验箱中放置试验箱中放置30min后，直接放入后，直接放入85 的试验箱中保持的试验箱中保持30min为一次循环，为一次循环，5次循环后常温下放次循环后常温下放 置置1h进行测量。进行测量。 耐焊接热：耐焊接热： 引线浸入到引线浸入到260 5 焊槽内，浸入深度为离引线根部焊

13、槽内，浸入深度为离引线根部 2mm，保持保持10 1S，常温下放置常温下放置1h进行测量；进行测量； 端子强度：对每个端子沿引线轴向施加端子强度：对每个端子沿引线轴向施加5N静负荷，保持静负荷，保持 10 1S，然后进行测量。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我司有专门的环境试验室对以上项目进行每年4次（每季次（每季 一次）的抽样试验检查，并每年一次）的抽样试验检查，并每年2次送外委托试验。同时次送外委托试验。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。验证。 高频谐振器讲义课件 嘉康公司环境试验室

14、现场嘉康公司环境试验室现场 试验室试验室振动试验设备振动试验设备 恒温湿热箱恒温湿热箱 超低温箱超低温箱 低温贮存箱低温贮存箱 高低温箱高低温箱 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用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振荡电路设计时的注意事项 使用使用C-MOS反相器的基本振荡电路反相器的基本振荡电路 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用 使用数字使用数字ICIC来构成振荡电路，这种做法越来越普来构成振荡电路，这种做法越来越普 遍，而最简单的方法就是使用反相器门。上图所遍，而最简单的方法就是使用反相器门。上图所 示为

15、使用示为使用C-MOSC-MOS反相器的基本振荡电路的构成，反相器的基本振荡电路的构成， INV.1INV.1用作振荡电路的反相放大器，用作振荡电路的反相放大器，INV.2INV.2用来形用来形 成波形，还用作连接频率计数器的缓冲器。反馈成波形，还用作连接频率计数器的缓冲器。反馈 电阻电阻RfRf围绕反相器提供负反馈，以使其处于线性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。如果区内，于是当加电后，振荡就会开始。如果RfRf的的 值太大，且如果输入反相器的绝缘电阻偶然减小，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，如则由于

16、环路增益的损失，振荡将停止。同时，如 果果RfRf太大，来自其他电路的噪声可能会被引入到太大，来自其他电路的噪声可能会被引入到 振荡电路中。显然，如果振荡电路中。显然，如果RfRf太小，环路增益将会太小，环路增益将会 较低。陶瓷谐振器一般使用阻值为较低。陶瓷谐振器一般使用阻值为1 1MM的的RfRf。 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用 阻尼电阻阻尼电阻RdRd在反相器和反馈电路之间提供松耦合，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

17、种在高频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。负区降低增益的手段，从而防止出现寄生振荡。负 载电容量载电容量CL1CL1和和CL2CL2提供提供180180相位滞后。必须选择相位滞后。必须选择 的适当值取决于用途、所使用的的适当值取决于用途、所使用的ICIC以及频率。如以及频率。如 果果CL1CL1和和CL2CL2的值太低，高频区的环路增益就会提的值太低，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，高，因此就会提高出现寄生振荡的可能性。反之， CL1CL1和和CL2CL2的值太高，高频区的环路增益会降低，的值太高，高频区的环

18、路增益会降低， 高频区的振荡会变得困难。以高频区的振荡会变得困难。以4.0004.000MHzMHz为例为例, ,合适合适 的的CL1CL1和和CL2CL2值在值在3030PFPF左右左右, ,低频产品低频产品CL1CL1和和CL2CL2值应值应 大一些大一些, ,高频产品高频产品CL1CL1和和CL2CL2值应小一些。值应小一些。 高频谐振器讲义课件 陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用陶瓷谐振器在典型振荡电路的应用 电路中的振荡频率电路中的振荡频率FOSC可近似表示为：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。这表明了振荡频率是受负载电容

19、量影响的。 因此当必须严格控制振荡频率的允许偏差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。时，应小心定义该值。 高频谐振器讲义课件 ZTTMG产品故障原因分析表产品故障原因分析表 高频谐振器讲义课件 不良现象举例不良现象举例 电容匹配电容匹配(ZTT/ZTA产品的使用产品的使用) 频率匹配频率匹配(主要是主要是PCB上存在一些杂散电容上存在一些杂散电容) 跳频现象跳频现象(基频、三次波、五次波基频、三次波、五次波) 高度问题（在高度问题（在PCB设计过程中可以避免和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）产品选择及对引线产品进行弯脚处理） 高频谐振器讲义课件 高

20、频陶瓷谐振器类型高频陶瓷谐振器类型 ZTA ZTA 系列引线型陶瓷谐振器系列引线型陶瓷谐振器, , 频率范围频率范围 1.791.79MHz-70.00MHz, MHz-70.00MHz, 由压电陶瓷振子焊上由压电陶瓷振子焊上 引出片外包封树脂而成。引出片外包封树脂而成。 ZTT ZTT 系列引线型陶瓷谐振器系列引线型陶瓷谐振器, , 频率范围频率范围 1.791.79MHz-70.00MHz, MHz-70.00MHz, 由压电陶瓷振子、电由压电陶瓷振子、电 容片焊上引出片外包封树脂而成。容片焊上引出片外包封树脂而成。 ZTA/ ZTTZTA/ ZTT系列片状型陶瓷谐振器，频率范系列片状型陶

21、瓷谐振器，频率范 围围1.791.79MHz-70.00MHz, MHz-70.00MHz, 压电陶瓷振子密封压电陶瓷振子密封 于陶瓷外壳中。于陶瓷外壳中。 高频谐振器讲义课件 ZTA（LS/WS）MG型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围1.79MHz-8.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTA MT型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围6.00MHz-13.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTA MX型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围13.01MHz-60.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT（LS/WS） MG型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围1.79MHz-8

22、.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTTRS MG型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围1.79MHz-4.00MHz-8.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT MT型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围6.00MHz-13.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT MX型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围13.01MHz-60.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT（A）CC MG型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围1.79MHz-8.00MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT（A）CR MG型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围：频率范围：4.00MHz-8.00MHz 高频谐

23、振器讲义课件 ZTT（A）CV MX（T）型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围8.00MHz-60.0MHz 高频谐振器讲义课件 ZTT（A）CW MX型陶瓷谐振器型陶瓷谐振器 频率范围频率范围:20.0MHz-60.0MHz 高频谐振器讲义课件 压电陶瓷谐振器的现状与发展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的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左左 右的速度增长。随着信息产业的飞速发展，压电陶瓷谐振右的速度增长。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、便携子整机向数字化