Керамические резонаторы Murata – Компоненты и технологии
Компания Murata выпускает огромный ассортимент радиоэлектронных компонентов, на основе керамических материалов. В статье рассказывается о керамических резонеторах, использующих пьезоэлектрические свойства керамики.
Компания Murata была основана в 1944 году и изначально являлась производителем керамических конденсаторов. Со дня своего основания компания значительно расширила ассортимент выпускаемой продукции — это конденсаторы и резисторы, EMI-фильтры, керамические резонаторы и многое другое. Отличительной особенностью продукции фирмы является то, что большинство изделий изготовлено на основе керамики. Компанией в полной мере используются удивительные свойства керамических материалов, что позволяет ей создавать высококачественную продукцию, признанную многими специалистами во всем мире. Керамика — это материал, похожий на обоженную глину, изготовляемый путем спекания в специальных печах различных, очищенных на атомарном уровне, материалов.
Керамические технологии Murata всеобъемлющи. Применение революционных технологий, ежегодная регистрация нескольких тысяч патентов, связанных с усовершенствованием и развитием производственного процесса — все это ставит компанию Murata в мировые лидеры и говорит о ее технологической мощи.
Статья является продолжением начатого цикла публикаций о продукции Murata, в ней речь пойдет об изделиях, использующих пьезоэлектрические свойства керамики, в частности, о керамических резонаторах.
Процесс разработки резонаторов на основе пьезоэффекта в керамике принадлежит фирме Murata и запатентован под товарным знаком Ceralock®.
Керамический резонатор Murata Ceralock
В основе разработки используется явление механического резонанса в пьезоэлектрической керамике.
Таблица 1. Вид колебания и частотный диапазон
| Частота ( Гц) | |||||||||
| 1 к 10 к 100 к 1 М 10 М 100 М 1 G | |||||||||
| Гибкие колебания | # | # | # | ||||||
| Продольные колебания | # | # | |||||||
| Пространственные колебания | # | # | |||||||
| Радиальные колебания | # | # | |||||||
| Колебания в толще пластины | # | ||||||||
| Трапецевидные колебания | # | # | |||||||
| Поверхностно-акустические волны | # | # | # | ||||||
В качестве осцилляторного элемента электронных схем широко применяются колебательные контуры, построенные на LC- и RC-элементах, но им присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая температурная стабильность, большое отклонение частоты резонанса от номинала, значительные габаритные размеры.
Применение в схеме кварцевых резонаторов позволяет избавиться от указанных недостатков, существенно повысить точность настройки и температурную стабильность. Однако кварцевым резонаторам тоже присущи недостатки, такие, как высокая цена и сравнительно большие размеры корпуса. Фирма Murata предлагает другое решение — применение в электронных схемах керамических резонаторов. Керамические резонаторы являются хорошим решением в том случае, когда предъявляются не слишком высокие требования по точности, важны небольшие размеры корпуса и малая цена.
Сравнительные характеристики контуров LC и RC, кварцевых и керамических резонаторов представлены в таблице 2.
Таблица 2. Сравнительные характеристики осцилляторных элементов
| Наименование | Символьное обозначение элемента | Цена | Размеры корпуса | Необходимость настройки | Отклонение частоты от номинала | Температурная стабильность |
| LC-контур | недорогая | большой | требуется регулировка | +/–2% | удовлетворительная | |
| RC-контур | недорогая | малый | требуется регулировка | +/–2% | удовлетворительная | |
| Кварцевый резонатор | дорогая | большой | не требуется регулировка | +/–0,001% | отличная | |
| Керамический резонатор | недорогая | малый | не требуется регулировка | +/–0,5% | отличная |
Из таблицы 2 видно, что керамические резонаторы по своим параметрам занимают промежуточное значение между колебательными контурами, построенными на основе контуров LC и RC элементов.
Температурная стабильность кварцевого резонатора 10–6 °С, температурная стабильность контуров LC и RС — 10
–4 °С . Температурная стабильность керамического резонатора — 10
–5 °С в диапазоне температур от –20 до +80 °С.
Важной отличительной чертой керамического резонатора являются малые размеры корпуса и малый вес. Габаритные размеры в эпоху миниатюризации являются одной из важных характеристик, так как уменьшение размеров элементов на схеме позволит напрямую уменьшить габаритные размеры корпуса самого изделия.
Керамика является более дешевым материалом по сравнению с кварцем, поэтому применение керамических резонаторов в схеме позволит удешевить готовое изделие, кроме того, компания Murata, как производитель керамических резонаторов, гарантирует сохранение указанных параметров и интервалов рабочих температур.
На рис. 1 показано обозначение керамического резонатора, применяемое на схемах.
Импедансная и фазовая характеристики приведены на рис.
Чем меньше величина Re, тем больше добротность Q(m) резонатора.
Эквивалентная схема резонатора — последовательно-параллельная резонансная цепь, состоящая из конденсатора, индуктивности и резистора.
Величины C1, L1, R1 — эквивалентные параметры резонатора. C0 называют статической или шунтирующей емкостью. На частотах, далеких от резонанса, керамический резонатор ведет себя как обычный конденсатор с емкостью C0. Параметры R1, C1, R1 являются динамическими, так как они проявляются только при колебаниях с частотой близкой к частоте собственного резонанса керамической пластины.
DF, характеризующий способность резонатора к перестройке по частоте. Определяется следующей формулой:
где
DF — резонансный промежуток, С1 — динамическая емкость, С0 — статическая емкость.
Чем больше резонансный промежуток, тем шире пределы возможной перестройки частоты резонатора.
Керамические резонаторы характеризуются следующими параметрами:
- Номинальная частота — частота резонанса, указанная в документации на резонатор.
- Точность настройки показывает максимально допустимое отклонение частоты резонатора от номинальной, измеренной при Т = 25 °С.
- Температурная стабильность показывает допустимое изменение частоты в определенном диапазоне температур.
- Интервал рабочих температур — стандартный интервал температур, для которого максимальное отклонение частоты от номинала гарантировано производителем.
- Долговременная стабильность — максимально допустимое изменение частоты резонатора за период времени, вызванное процессами старения.
Из-за механического резонанса в керамических резонаторах, наряду с основной частотой могут генерироваться паразитные гармоники, более высокочастотные. Примеры побочных колебаний и высших гармоник керамических резонаторов CSBLA455KC8-B0 и CSTLS4M00G53-B0 показаны на рисунках 5 и 6.
Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов
| Резонатор | Генерируемая частота | L1 (мкГн) | C1 (пф) | С0 (пф) | R1 (ом) | Qm | DF (кГц) |
| Ceralock® | 455 кГц | 7,68×10 3 | 16,7 | 273 | 10 | 2140 | 13 |
| 2,0 мГц | 171×10 3 | 4,0 | 21 | 44 | 475 | 177 | |
| 4,0 мГц | 0,46×10 3 | 3,8 | 20 | 9,0 | 1220 | 350 | |
| 8,0 мГц | 0,13×10 3 | 3,5 | 20 | 8,0 | 775 | 642 | |
| Кристалл кварца | 453,5 кГц | 8,6×10 3 | 0,015 | 5 | 1060 | 23000 | 0. 6 |
| 2,457 мГц | 7,2×10 3 | 0,005 | 3 | 37,0 | 300000 | 3 | |
| 4,0 мГц | 2,1×10 3 | 0,007 | 2,5 | 22 | 241000 | 6 | |
| 8 мГц | 1,4×10 3 | 0,027 | 5,5 | 8,0 | 88700 | 20 |
Одной из важнейших характеристик, отличающих керамические резонаторы от кварцевых, является меньшее время нарастания сигнала.
Время нарастания определяется в точке перехода колебаний из переходного в установившееся состояние (после того, как на ИМС подается питание). По методике Ceralock время нарастания определяется как время, необходимое для достижения 90% уровня генерации при установившемся режиме. Начальное напряжение — минимальное напряжение, при котором резонатор будет работать. На значение минимального напряжения влияет вся схема, но главным образом — характеристики ИМС.
На рис. 7 показаны графики, отражающие переходные процессы в кварцевом и керамическом резонаторах.
Типовые схемы включения керамических резонаторов представлены на рис. 8 и 9.
Основные серии керамических резонаторов и их особенности
Фирмой Murata выпускается большое количество серий керамических резонаторов, предназначенных для работы как в мегагерцовой, так и килогерцовой части частотного диапазона. Характеристики некоторых из них представлены в таблице 4.
Таблица 4. Технические характеристики керамических резонаторов Murata Ceralock
| Серия резонатора | Диапазон частот | Отклонение частоты от номинала (%) | Температурная стабильность (%) | Диапазон рабочих температур (°С) | Долговременная нестабильность | Примечание |
| CSTCC_G | 2,0…3,9 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –20…+80 | +/–0,3 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSTCR_G_A | 4,0…7,99 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSTCE_G | 8,0…12,50 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCE_G_A | 8,0…12,50 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCV_X_Q | 14,7…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCG_V | 20,0…33,86 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –20…+80 | +/–0,3 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSACV_X_Q | 14,70…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSACW_X_51 | 25,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+ 80 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTLS_G | 3,40…10,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, трехтерминальная |
| CSTLS_X | 16,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, трехтерминальная |
| CSALS_X | 16,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, двухтерминальная |
| CSBFB_J | 430…519 кГц 700…1250 кГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –20…+80 | +/–0,3 | SMD-тип, двухтерминальная |
Серии CSTCC/E/G/R/W.
Резонаторы этой серии трехвыводные, имеют малые размеры корпуса и низкий профиль. Предназначены для поверхностного монтажа. Кроме того, серия имеет встроенный внутри корпуса нагрузочный конденсатор, что позволяет уменьшить количество деталей на схеме. При установке резонатора не требуется никаких дополнительных регулировок.
Основные сферы применения: использование в схемах задающих генераторов различных устройств, таких, как видеокамеры, DVD-проигрыватели, CD-ROM, HDD, автомобильная электроника.
Серия CSACV/W. Особенностью серии является наличие широкого частотного диапазона и малые размеры корпуса. При установке не требуется никаких дополнительных регулировок. Сферы применения: тактовые генераторы микропроцессоров, автомобильная электроника. При монтаже необходимо уменьшить избыточное напряжение на корпус элемента.
Серия CSTLS. Трехвыводная, имеет радиальное расположение выводов. Внутри резонатора размещен нагрузочный конденсатор, поэтому не требуется размещения дополнительных элементов на схеме.
Серия имеет малый допуск по температурной стабильности в широком диапазоне.
Серия CSALS. Выводная, имеет высокую температурную стабильность, малые размеры корпуса и вес. Резонаторы этой серии устойчивы к вибрационным нагрузкам. Применяются в тактовых генераторах микропроцессоров, мультивибраторах и генераторах гармонических колебаний.
Серия CSBFB. Предназначена для работы в килогерцовой части ВЧ-диапазона. Серия допускает кратковременный перегрев корпуса во время пайки, предназначена для автоматического монтажа, не требует никаких регулировок частоты. Применяется в схемах тактовых генераторов.
Серия CSBLA. Особенности серии: работает в широком температурном интервале. Резонаторы миниатюрны и имеют малый вес, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. Сферы использования: системы дистанционного управления, генераторы частот, тактовые генераторы.
Температурный профиль
При монтаже керамических резонаторов необходимо соблюдать тепловой профиль элементов, предписываемый производителем при пайке электронных компонентов, нарушение которого может повлечь за собой необратимые изменения структуры материала или значительно ухудшить его пьезоэлектрические свойства.
Рекомендуемый температурный профиль для керамических резонаторов Murata приведен на рис. 10.
Основные тенденции в развитии направления производства керамических резонаторов
Резонаторы Ceralock широко используются в производстве различной радиоэлектронной аппаратуры. Однако, несмотря на это, инженеры компании Murata продолжают совершенствовать и развивать их по следующим направлениям:
- Уменьшение размеров. Для удовлетворения потребностей рынка Murata разрабатывает новые керамические материалы с использованием других вибрационных режимов, позволяющих получить не только новыерабочие частоты, но и значительно уменьшить габаритные размеры изделия.
- Уменьшение допусков по частоте. Резонаторы используются в таких сферах, как офисное оборудование и автомобильная промышленность, где обычно не требуется значение малого допуска по частоте. При разработке и производстве керамических резонаторов инженеры компании Murata приближаются к базовому допуску +/–0,1%.
- Пайка без свинца. В мире постоянно растет обеспокоенность состоянием окружающей среды. Из-за этого в электрической и электронной промышленности происходит переход к пайке без свинца. Не содержащиесвинца припои и проводящие пасты — многообещающая замена традиционным припоям, однако они требуют более высоких температур. При их использовании компоненты должны иметь повышенное сопротивление нагреву при пайке, а внешние выводы должны иметь большую электропроводность. Murata уже выпускает множество изделий, удовлетворяющих этим требованиям, и многие будут внедрены в ближайшее время.
Заключение
При рассмотрении керамических резонаторов Murata видно, что компанией выпускается довольно широкий ассортимент, способный удовлетворить любые требования разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.Керамические резонаторы являются достойной заменой кварцевым резонаторам, особенно в тех случаях, когда требуется уменьшить стоимость и размеры изделия.
Информация предоставлена по материалам компании Murata.
Дополнительные сведения вы можете узнать по адресу:
ABM3-25.000MHZ-B2 за 166.08 ₽ в наличии производства ABRACON
Купить Резонатор керамический 25МГц ABM3-25.000MHZ-B2 производителя ABRACON можно оптом и в розницу с доставкой по всей России, Казахстану, Республике Беларусь и Украине, а так же в другие страны Таможенного союза (Армения, Киргизия и др.).
Для того, чтобы купить данный товар по базовой цене в розницу, положите его в корзину и оформите заказ следуя детальной инструкции. Обращаем Ваше внимание, что в зависимости от увеличения объёма продукции перерасчёт розничной цены будет произведен автоматически. Оптовая цена на резонатор керамический 25мгц ±20ppm 18пф ABM3-25.000MHZ-B2 выставляется исключительно после отправки коммерческого запроса на e-mail: [email protected] или [email protected]
- Более подробная информация находится в разделе Оплата.
Мы работаем со всеми крупными транспортными компаниями и гарантируем оперативность и надежность каждой поставки независимо от региона присутствия заказчика.
Данный товар так же поставляются с различных складов Европы, Китая и США. Возможные варианты поставки запрашивайте у специалистов компании SUPPLY24.ONLINE.
- Более подробная информация находится в разделе Доставка.
Гарантия предоставляется непосредственно заводом-изготовителем ABRACON . Гарантийный ремонт или замена оборудования осуществляется исключительно после проведения экспертизы и установления факта гарантийного случая.
- Более подробная информация находится в разделах Гарантия и Условия Гарантийных Обязательств.
Кварцевые резонаторы SMD практически всех известных мировых брендов представлены нашей компанией. В случае если интересующий Вас товар не был найден на нашем сайте, обратитесь в службу технической поддержки или обслуживающему Вас менеджеру и наши инженеры подберут аналоги для Вашего оборудования. Таким образом, возможно снизить затраты до 20% на обслуживание оборудования и оптимизировать Ваши расходы. Компания SUPPLY24.ONLINE берёт на себя полную ответственность за правильность подбора аналога.
Наша компания предлагает только разумный подход, если по ряду критериев запрашиваемый товар не подразумевает замену на аналог, мы не предлагаем замену.
Стратегическая цель нашей компании помочь Вам подобрать оборудование и товар с оптимальными характеристиками, и разобраться в огромном количестве товарных позиций и предложений.
Внимание!
- Характеристики,внешний вид и комплектация товара могут изменяться производителем без уведомления.
- Изображение продукции дано в качестве иллюстрации для ознакомления и может быть изменено без уведомления.
- Точную спецификацию смотрите во вкладке “Характеристики” .
- При необходимости установки программного обеспечения и использования аксессуаров сторонних производителей, просьба проверить их совместимость с устройством, детально изучив документацию на сайте производителя ABRACON
- Запрещается нарушение заводских настроек и регулировок без привлечения специалистов сертифицированных сервисных центров.
Характеристики
Производитель
ABRACON
Монтаж
Емкость
Частота
Рабочая температура
-20…70°C
Размеры корпуса
5×3,2×1,3мм
Тип резонатора
керамический
Погрешность резонатора
±20ppm
Долговременная стабильность
±5ppm/год
ДОСТАВКА ПО РОССИИ
Доставка осуществляется в течении 2-3 дней с момента зачисления средств на р/с компании при наличии товара на складе в РФ. В отдельных случаях, при большой удаленности Вашего региона, срок доставки может быть увеличен.
- Полный перечень городов, в которые осуществляется доставка, смотрите ниже.
ДОСТАВКА В СТРАНЫ ТАМОЖЕННОГО СОЮЗА
Доставка осуществляется в течении 3-5 дней с момента зачисления средств на р/с компании в следующие страны.
- Казахстан
- Армения
- Беларусь
- Киргизия
Обращаем Ваше внимание на то, что сроки доставки товаров напрямую зависят от наличия товара на Российском складе компании.
В случае, если выбранные товарные позиции находятся на одном из внешних складов Европы или США, то срок доставки товара может составлять до 3-4 недель. Для избежания недоразумений, рекомендуем уточнить актуальные сроки поставки в отделе логистики или у менеджера компании.
В данном случае, как правило, 90% заказов доставляются заказчикам в течении первых 2 недель.
Если какая-либо часть товара из Вашего заказа отсутствует на складе, мы отгрузим все имеющиеся в наличии товары, а после поступления с внешнего склада оставшейся части заказа отправим Вам её за счёт нашей компании.
ОФИСЫ ВЫДАЧИ ТОВАРА:
Доставка до ТК осуществляется бесплатно
CКЛАДЫ
Керамические резонаторы – ECS Inc.
Параметрический поиск
Приобретая электронные компоненты, такие как керамические резонаторы, у ECS Inc., вы получаете высоконадежный продукт с долговременной стабильностью. Все керамические изделия, разработанные ECS Inc.
, отличаются малым последовательным сопротивлением, точным выбором частоты и стабильным допуском по частоте в заданном диапазоне температур. Керамические резонаторы так же стабильны и надежны, как и кварцевые генераторы, но их можно использовать в еще большем количестве приложений. У них нет полярности, и выводы можно монтировать взаимозаменяемо. Поскольку они также доступны в более широком диапазоне частот, а не только в 3,57 МГц, вы найдете один из ECS Inc., который подходит для вашего проекта и бюджета. Убедитесь сами, почему керамические резонаторы ECS Inc. должны быть лучшим выбором для вашего приложения. Запросите образец.
| Model Info | Datasheet | Package Size | Frequency | Tolerance | Stability | Operating Temperature | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ZTT-MG-TF | View Inventory Datasheet Документы поддержки | 10,00 мм x 5,00 мм | 2 ~ 48 МГц | ±0,5% | ±0,3% | -20°C ~ +880°C | ZTB | View Inventory DataShing Teet Документы поддержки | 7,00 мм x 3,50 мм | 455 кГц | ± 2 кГц | ± 0,3% | ± 2KHZ | ± 0,3% | -203030. | .900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.900.. | ± 2KHZ | ± 0,3% | ± 2KHZ. | ZTA | Просмотр инвентаризации DataShing DOCS поддержки | 10,00 мм x 5,00 мм | 2 ~ 50 МГц | ± 0,5% | ± 0,3% | ° C ~ +8031 | ± 0,3% | ° C ~ +8031 | ± 0,3% | ° C ~ +8031 | ± 0,3% | ° C ~ 0,5% | ± 0,3% | ° C ~ 0,5% | ± 0,3% | ° C ~ 0,5%. |
| ECS-SR-B | Просмотр инвентаризации DataShing Teet Поддержки. C | ||||||
| ECS-SR-A | View Inventory Datasheet Support Docs | 7.50mm x 3.30mm | 2 ~ 8 MHz | ±0.5% | ±0.3% | -20 °C ~ +80°C | |
| ECS-HFR-B | View Inventory Datasheet Support Docs | 2. 50mm x 2.00mm | 20 MHz ~ 50 MHz | ±0.5% | ±0.4% | -20°C ~ +80°C | |
| ECS -CTP | Просмотр инвентаризации DataShing Teet Документы о поддержке | 6,00 мм x 3,00 мм | 1,84 ~ 8 МГц | ± 0,5% | ± 0,3% | -40 ± 0,5% | .|
| ЭКС-КТЕ | View Inventory Datasheet Support Docs | 3.20mm x 1.30mm | 8 MHz ~ 12 MHz | ±0.5% | ±0.2% | -40°C ~ 85°C | |
| ECS-CR-2 B | Просмотр инвентаризации Dataasher Поддержки. °C | ||||||
| ECS-CR-2 А | View Inventory Datasheet Support Docs | 3.70mm x 3.10mm | 8 ~ 40 MHz | ±0.5% | ±0.3% | -20°C ~ +80°C |
Уже более 40 лет компания ECS Inc.
является поставщиком электронных компонентов, резонаторов и других решений для синхронизации. Приверженность качеству, частоте и долговечности — это лишь некоторые из многих причин, по которым клиенты доверяют ECS Inc. всегда поставлять исключительные продукты, адаптированные к требованиям их проекта. В сочетании с опытной командой инженеров-профессионалов эти качества делают ECS Inc. главным поставщиком пассивных компонентов для ваших инженерных нужд. Являясь ведущим производителем пассивных электронных компонентов, таких как керамические резонаторы, компания ECS Inc. должна быть вашим первым выбором для всех ваших потребностей в решениях для измерения времени, независимо от того, в какой части мира вы находитесь.
Керамические резонаторы изготовлены из высокостабильных пьезоэлектрических компонентов, которые функционируют как механические резонаторы. Они используются в широком спектре приложений, не требующих точной синхронизации, таких как бытовая электроника, дизайн связи, приложения для персональных компьютеров и производство тренажеров.
Керамические резонаторы являются недорогим решением для некритичных временных решений в таких приложениях, как фильтры, частотомеры и усилители.
Свяжитесь с торговым представителем, если вам нужна дополнительная информация о керамических резонаторах или у вас есть вопросы о конкретных требованиях в вашей конструкции. Свяжитесь с командой инженеров ECS по адресу [email protected], чтобы получить помощь по продуктам, респинам доски и любым другим вопросам. Просмотрите обширную онлайн-библиотеку ресурсов, содержащую видеоролики и другой контент о каждом из наших продуктов и их приложений.
Посетите библиотеку ресурсов
Принципы керамического резонатора – ECS Inc.
Скачать PDF
Принципы работы керамических резонаторов
Эквивалентные константы цепи: На рис. 1.2 показан символ керамического резонатора. Импеданс и фазовые характеристики, измеренные между клеммами, показаны на рис.
1.5. На этом рисунке показано, что резонатор становится индуктивным в диапазоне частот между частотой fr (резонансная частота), которая обеспечивает минимальное сопротивление, и частотой fa (антирезонансная частота), которая обеспечивает максимальное сопротивление. Он становится емкостным в других диапазонах частот. Это означает, что механические колебания двухполюсного резонатора можно заменить эквивалентной схемой, состоящей из комбинации последовательного и параллельного резонансных контуров с катушкой индуктивности L, конденсатором C и резистором R. Вблизи резонансной частоты , эквивалентную схему можно представить так, как показано на рис.1.4. Частоты fr и fa определяются пьезоэлектрическим керамическим материалом и его физическими параметрами. Постоянные эквивалентной схемы можно определить по следующим формулам:
Учитывая ограниченный диапазон частот fr
На рис. 1.1 показано сравнение констант эквивалентной цепи между керамическим резонатором и резонатором на кварцевом кристалле. Обратите внимание, что существует большая разница в емкости и Qm, которая приводит к различию условий колебаний при фактической работе. В таблице в приложении приведены стандартные значения констант эквивалентной схемы для каждого типа керамического резонатора. Существуют более высокие гармоники для других режимов колебаний, отличных от желаемого режима колебаний. Эти другие виды колебаний существуют, потому что в керамическом резонаторе используется механический резонанс. На рис.1.6 показаны эти характеристики.
Базовые колебательные схемы
Обычно колебательные контуры можно разделить на следующие три типа:
- Положительная обратная связь
- Элемент отрицательного сопротивления
- Задержка времени передачи или фазы В случае керамических резонаторов, резонаторов на кварцевом кристалле и LC-генераторов предпочтительной схемой является положительная обратная связь.
Среди колебательных цепей с положительной обратной связью, использующих LC, обычно используются колебательные цепи антисвязочного типа настройки Колпиттса и Хартли. См. рис. 1.7.
На рис.1.7 используется транзистор, который является самым простым усилителем.
Частоты колебаний примерно равны резонансной частоте контура, состоящего из L, CL1 и Cl2 в схеме Колпитца или состоящего из L1, L2 и C в контуре Хартли. Эти частоты могут быть представлены следующими формулами.
В генераторе с керамическим резонатором индуктор заменяется керамическим резонатором, используя тот факт, что резонатор становится индуктивным между резонансными и антирезонансными частотами. Наиболее часто используемой схемой является схема Колпитца.
Принцип работы этих колебательных контуров показан на рис.2.1. Колебание происходит, когда выполняются следующие условия. Циклическое усиление: G= a : B> 1 Количество фаз:
В схеме Колпитца используется инверсия 180, и она инвертируется более =180 с L и C в цепи обратной связи.
Работу с керамическим резонатором можно считать такой же.
Приложения
Типовая схема генератора: наиболее распространенной схемой генератора для керамического резонатора является схема Колпитца. Конструкция схемы зависит от приложения, используемой ИС и т. д. Хотя основные конфигурации схемы такие же, как и у генератора с кварцевым управлением, разница в механической добротности возникает из-за разницы в константах схемы. Ниже приведены некоторые типичные примеры.
Рекомендации по проектированию. Все чаще колебательный контур конфигурируется с помощью цифровой ИС с инверторным затвором. На рис. 3.1 на следующей странице показана конфигурация основного колебательного контура с КМОП-инвертором. INV.1 работает как инвертирующий усилитель колебательного контура. INV.2 используется как формирователь сигнала, а также действует как буфер для вывода. Сопротивление обратной связи Rf обеспечивает отрицательную обратную связь вокруг инвертора, так что при подаче питания начинаются колебания.
Если значение Rf слишком велико, а сопротивление изоляции входного инвертора слишком низкое, генерация прекратится из-за потери коэффициента усиления контура. Кроме того, если Rf слишком велико, в колебательный контур могут быть внесены шумы от других цепей. Очевидно, что если Rf 1М, то обычно используется керамический резонатор. Демпфирующий резистор Rd имеет следующую функцию, хотя иногда ее опускают. Это ослабляет связь между инвертором и цепью обратной связи; тем самым уменьшая нагрузку на выходе инвертора. Кроме того, стабилизируется фаза цепи обратной связи. Он также обеспечивает средства уменьшения усиления на более высоких частотах, тем самым предотвращая возможность паразитных колебаний.
: Емкость нагрузки CL1 и CL2 обеспечивает отставание по фазе 180. Эти значения должны быть правильно выбраны в зависимости от приложения, используемой ИС и частоты. Если значения CL1 и CL2 меньше необходимого, коэффициент усиления контура на высоких частотах увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает вероятность паразитных колебаний.
Это особенно вероятно в районе 4-5 МГц, где лежит мода вибрации толщины.
Это ясно показывает, что на частоту колебаний влияет нагрузочная емкость. Следует соблюдать осторожность при определении его значения, когда требуется жесткий допуск по частоте колебаний.
КМОП-инвертор: КМОП-инвертор можно использовать в качестве инвертирующего усилителя, наиболее полезным является одноступенчатый тип группы 4069 КМОП. Из-за чрезмерного усиления кольцевая генерация или генерация CR являются типичной проблемой при использовании инвертора с трехкаскадным буферным типом, такого как группа 4049. ECS использует RCA CD4O69UBE в качестве стандартной схемы CMOS, как показано на рис.3.2.
Схема инвертора HCMOS: в последнее время высокоскоростная КМОП (HCMOS) все чаще используется для схем, обеспечивающих высокую скорость и низкое энергопотребление для микропроцессоров. Существует два типа инверторов HCMOS: серия 74HCU без буфера и серия 74HC с буферами. Система 74HCU оптимальна для керамических резонаторов.
См. рис.3.3.
: значение емкости нагрузки CL1 и CL2 должно быть больше, чем у CMOS из-за согласования импеданса. Кроме того, сопротивление обратной связи Rf должно составлять всего несколько кОм. Обратите внимание, что сопротивление смещения Rd требуется для правильного определения рабочей точки постоянного тока.
Частотная корреляция. Схемы генератора, показанные на следующей странице, являются стандартными тестовыми схемами ECS. Инверторы, используемые в этих схемах, широко признаны промышленным стандартом, поскольку их характеристики соответствуют характеристикам микропроцессоров того же семейства (CMOS/HCMOS/TTL). Естественно, приложения будут различаться в зависимости от того, какая ИС используется, и, как можно ожидать, характеристики схемы генератора будут различаться от ИС к ИС. Обычно эта вариация незначительна, и номер детали керамического резонатора можно выбрать, просто классифицируя процессор как CMOS, HCMOS или TTL. Учитывая, что стандартные керамические резонаторы ECS на 100% отсортированы по частоте для тестовых схем на следующей странице, относительно легко сопоставить частоту колебаний нашей стандартной схемы с частотой колебаний схемы, указанной заказчиком.
Например, если используется микропроцессор Motorola 6805 с частотой 4 МГц, то правильным номером детали ECS будет ZTA4.OMG (частота отсортирована до CD4O69).Тестовая схема UBE CMOS). Параметры цепи должны быть выбраны, как показано ниже:
Настроив эту схему, а также стандартную тестовую схему, показанную на рис. 3.1 ниже, можно установить средний сдвиг, который можно ожидать при использовании ZTA5.OMG с процессором 6805. Фактические данные показаны ниже:
На основании этих данных можно предсказать, что стандартный резонатор ZTA4.00MG будет иметь сдвиг частоты приблизительно +0,06% по сравнению с исходной частотой 4,00 МГц +0,5% начального допуска. Это, конечно, незначительный сдвиг, и он никак не повлияет на работу схемы.
Схемы для различных ИС/БИС:
Керамические резонаторы используются в широком спектре приложений в сочетании с различными типами интегральных схем, благодаря эффективному использованию ранее упомянутых функций. Ниже приведены несколько примеров актуальных приложений.
Применение микропроцессоров: Керамические резонаторы оптимальны в качестве стабильного колебательного элемента для различных типов микропроцессоров: 4-битных, 8-битных и 16-битных. Поскольку общий допуск по частоте, требуемый для эталонных часов микропроцессоров, составляет +2–3%, стандартные устройства удовлетворяют этому требованию. Спросите своих производителей ECS или LSI о константах схемы, поскольку они зависят от частоты и используемой схемы LSI. На рис.А показано приложение с 4-битным микропроцессором, а на рис.В — приложение с 8-битным микропроцессором.
ИС дистанционного управления: дистанционное управление становится все более распространенной функцией. Частота колебаний обычно составляет 400-500 кГц, наиболее популярной является частота 455 кГц. Эти 455 кГц делятся генератором несущего сигнала, так что генерируется около 38 кГц несущей.
Цепи VCO (генератор, управляемый напряжением): схемы VCO используются в телевизорах и аудиооборудовании, поскольку сигналы должны обрабатываться синхронно с пилот-сигналами, передаваемыми с радиовещательных станций. Первоначально использовались колебательные контуры, такие как LC и RC; однако сейчас используются керамические резонаторы, поскольку они не требуют регулировки и обладают большей стабильностью по сравнению со схемами старого типа. Резонаторы для приложений VCO должны иметь широкую переменную частоту.
Разное: Кроме упомянутых выше применений, керамические резонаторы широко используются с ИС для синтеза голоса и генерации тактовых импульсов. Для общих приложений управления синхронизацией частота колебаний обычно выбирается пользователем на основе рекомендованного производителем диапазона рабочих частот. Выбор этой частоты с данной ИС будет определять, какие параметры схемы и какой керамический резонатор будут подходящими. При выборе артикула керамического резонатора обратитесь к местному торговому представителю ECS. Как упоминалось ранее, керамические резонаторы имеют множество применений. Для некоторых схем генераторов, предназначенных для конкретных приложений, требуется разработка уникальных керамических резонаторов для этого приложения и ИС.
Время нарастания колебаний
Время нарастания колебаний означает время, когда колебание переходит из переходной области в устойчивую область в момент подачи питания на ИС. Для керамического резонатора это время определяется как время для достижения 90% уровня колебаний в установившихся условиях, как показано на рис.6.1. Время нарастания в первую очередь зависит от конструкции колебательного контура. Как правило, меньшая нагрузочная емкость, более высокочастотный керамический резонатор и меньший размер керамического резонатора вызывают более быстрое время нарастания. Влияние емкости нагрузки становится более очевидным по мере уменьшения емкости резонатора. На рис. 6.2 показано фактическое измерение времени нарастания в зависимости от емкости нагрузки (CL) и напряжения питания. Примечательно, что время нарастания для керамического резонатора на одну-две декады меньше, чем для кварцевого. (Эта точка графически показана на рис.6.3)
Пусковое напряжение: Пусковое напряжение означает минимальное напряжение питания, при котором может работать колебательный контур. На пусковое напряжение влияют все элементы цепи. Это определяется главным образом характеристиками ИС. На рис.6.4 показан пример фактического измерения характеристик пускового напряжения в зависимости от емкости нагрузки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА
Ниже описаны общие характеристики колебаний в базовой схеме. Свяжитесь с ECS International для получения подробных характеристик колебаний с конкретными типами ИС и БИС. Стабильность к изменению температуры составляет от +0,3 до 0,5% в диапазоне от -20°С до +80°С, хотя она незначительно варьируется в зависимости от керамического материала. Влияние емкости нагрузки (CL1, CL2) на частоту колебаний относительно велико, что можно рассчитать по формуле для fosc. fosc изменяется примерно на +0,1% из-за отклонения емкости +0,1% в диапазоне рабочего напряжения. fosc также зависит от характеристик микросхемы.
Характеристики изменения напряжения питания: см. рис. 1 ниже, где показан пример фактического измерения стабильности для заданной частоты колебаний.
