陶瓷振荡器及其应用

功能
DVD Player ABS LIN-BUS
CAN-BUS Engine Control System
Air Bag System
Cell Phone LO
Remote Control Local Clock of Radio System
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比较
1. 2. 3. 4. 5. 6.
时钟器件的比较 等效电路模型 封装尺寸 上升时间 无振荡槽路时的泛音工作模式 更好的机械振动阻抗
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振荡器在各种各样的应用中
陶瓷振荡器
Printer CD Player Motor Control Body Controller Battery Management Time of Day Clock
频率
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CPU of PC Ethernet
MP3
USB 2.0 Industrial Controller
更好的机械振动阻抗
陶瓷振荡器比石英晶体有更好的机械振动阻抗
<测量结果>
经过G－震动后的谐振阻抗测量
初始 4 MHz 石英晶振 4 MHz 陶瓷振荡器 123.1Ω 12.30Ω 2000G 1.05% 3000G 1.01% 5000G 2.51% 10000G 4.71% 15000G Open -0.38%
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振动模式
频率
振动模式
弯曲模式
1k
10k
100k
1M
10M
100M
器件
压电蜂鸣器
长方模式 kHz 陶瓷滤波器 平面扩展模式 kHz 陶瓷振荡器
厚度切变模式 MHz 陶瓷滤波器 厚度扩展模式 MHz 陶瓷振荡器
注：箭头表示振动的方向
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3
课程安排
介绍 什么是陶瓷振荡器? 为什么使用陶瓷振荡器? 如何使用陶瓷振荡器? 如何设计振荡器? 总结
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4
介绍
1. 2. 3. 4. 5.
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陶瓷振荡器及其应用
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1
课程目标
1. 2. 3.
基本理解陶瓷振荡器和石英晶体振荡器 理解陶瓷振荡器和石英晶体振荡器的区别 理解如何为应用选择陶瓷振荡器或石英晶 体振荡器
变形 压力
－ ＋
极化 极化
＋ －
电场能 机械变形
机械变形 电场能
压电效应是一个电场能和机械能的变换器， 也是一个机械振荡器
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7
什么是压电陶瓷 ?
有单个极性轴的单晶体压电 晶体
平面扩展模式
CSBFB CSBLA CSTCC CSTCR CSTCE
厚度扩展模式
厚度切变模式
CSTCW CSTCV
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振荡器非常小且有一个低的剖面
4.5 1.2
Shunt Capacitance: Capacitance of the material itself.
K M R
模型1 模型1
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電気的運動方程式 L1 C1 R1
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问题
问：如何让极化的陶瓷材料工作在不同的频率?
答：振动模式 用陶瓷材料形成不同的形状，不同的形状产生可 以工作在不同频率的振动模式 振动模式的使用决定振荡器的尺寸和形状
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陶瓷振荡器利用了压电陶瓷的机械谐振特性 石英晶体利用了压电晶体的机械谐振特性 在振荡器电路中陶瓷振荡器和石英晶体的作用 是一样的 陶瓷振荡器和石英晶体的区别是它们的电气和 物理特性 在工作条件下，一个稳定可靠的振荡器需要保 持足够的运行裕度
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如何使用陶瓷振荡器
型号选择 外部元件的作用
A：负载电容的作用 B：反馈电阻的作用 C：阻尼电阻的作用
频率修正
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型号选择
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课程安排
介绍 什么是陶瓷振荡器? 为什么使用陶瓷振荡器? 如何使用陶瓷振荡器? 如何设计振荡器? 总结
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模型 2
Co
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封装尺寸
陶瓷和晶体振荡器的标准封装比较
4.5 1.2
2.0
芯片封装 （陶瓷振荡器）
4.5
11.0
4.5
HC49 （石英晶体）
示例： 4.00 MHz
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上升时间
振荡器上升时间的比较 1.3ms
石英晶体振荡器
陶瓷振荡器
0.1ms
用8.00 MHz样片测量
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无振荡槽路时的泛音工作模式
R1(Ω) 9.0 22.1
Similar to friction (R): Larger the friction, the harder it is to start Oscillation.
Qm 1220 240986
Mechanical Q: High Qm makes tighter frequency tolerance.
20
时钟器件的比较
类型 符号 价格 尺寸 处理 精度
RC 振荡器
最低
大
需要校准
差
陶瓷振荡器
较低
最小
需要匹配
好
石英晶体
低
较小
需要匹配
较好
时钟 振荡器
高
小
需要电压源
最好
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ΔF(kHz) 350.9 6
Range of Inductive zone between Fa and Fr Wider ΔF occur the Frequency correlation.
注：
Similar to a mass (M): Once in motion how hard to stop.
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等效电路模型
（注）4MHz型号
模型 陶瓷 振荡器 石英晶体
L1(uH) 0.46wenku.baidu.com103 2.1×105
C1(pF) 3.8 0.007
Similar to a spring (K): More spring, less stiffness in the material.
C0(pF) 19.8 2.39
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厚度切变模式
电极
极化
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厚度扩展模式
电极
极化
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课程安排
介绍 什么是陶瓷振荡器? 为什么使用陶瓷振子? 如何使用陶瓷振荡器？ 如何设计振荡器? 总结
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课程安排
介绍 什么是陶瓷振荡器? 为什么使用陶瓷振荡器? 如何使用陶瓷振荡器? 如何设计振荡器? 总结
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什么是压电效应?
在没有振荡槽路的情况下，采用不同的陶瓷材料，陶瓷振荡器可以振荡 在三次泛音
晶体振荡器
陶瓷振荡器
阻抗
原理
三次泛音
五次泛音
阻抗
原理
三次泛音
五次泛音
频率
频率
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* －
* －
* －
* －
(*)：几乎没有发现移位
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问题
问１：石英晶体的主要优点是什么? 答：非常好的精度 问２：陶瓷振荡器的主要优点是什么? 答：尺寸 答：上升时间 答：无振荡槽路时可工作于泛音振荡方式 答：更好的机械振动阻抗 答：价格优势
CSTCR
3.2
2.0
4 MHz (振荡器)
0.8
CSTCE
2.5
1.3 1.4 2.0
12 MHz (振荡器) 20 MHz (振荡器)
0.8
CSTCW
2.0
CSTCZ
1.6
30 MHz (振荡器)
Unit : mm
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课程安排
介绍 什么是陶瓷振荡器? 为什么使用陶瓷振荡器? 如何使用陶瓷振荡器？ 如何设计振荡器? 总结
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特性
1. 2.
陶瓷器件 (A) 电容元件 (B)
电极 (E) 电极 (D) (E) (A) (C)
电极 (C)
(D)
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(B)
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不同封装类型所对应的频率范围
陶瓷振荡器支持从375 kHz到70 MHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz
有多个极性轴的多晶体压电 陶瓷
材料的结构是不同的
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8
陶瓷振荡器是如何制作的
复合 烘烤
切割
极化
集成
分类 完成
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3. 4.
封装里集成了负载电容 针对各种封装类型可以利用的频率 范围 振荡器体积很小且高度也很低 振荡器已经广泛使用在各种各样的 应用中
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封装里集成了负载电容