铁血尖刀电视剧全集18:陶瓷振荡子“CERALOCK?” | FAQ | 株式会社 村田制作所

针对振荡子的常见问题 (FAQ)

Q. 请说明振荡电路元件的作用。

Q. 在振荡电路中，哪类电容器可以用作加载电容器?

Q. 请解释造成异常振荡的原因，并给出相应的对策。

Q. 请解释造成停振的原因，并给出相应的对策。

Q. 请解释静噪措施。

Q. 请解释经常产生异常振荡情况的集成电路，并给出原因。

Q. 什么是“居里点”?

Q. 什么是“寄生振荡”?

Q. 请解释除了寄生振荡的其他异常振荡现象，并给出检查方法。

请说明振荡电路元件的作用。

电路参数的作用如下所示:

Rf: 反馈电阻器

反馈电阻器决定了振荡电路的偏置情况。通常情况下，C-MOS集成电路使用的反馈电阻在100KΩ～10MΩ之间 (通常为1MΩ)，而TTL集成电路使用的反馈电阻则在1KΩ～10KΩ之间 (通常为4.7KΩ)，其原因是TTL集成电路的I/O阻抗低。如果反馈电阻太大，反馈量就会减少，造成工作点不稳定。如果反馈电阻太小，会导致增益减少或电流增加。目前，大多数集成电路都使用了反馈电阻器。

Rd: 阻尼电阻器

阻尼电阻器和加载电容器可以充当低通滤波器，通过减少高频范围内的增益来抑制异常谐振荡。此外，也可以限制集成电路增益，让CERALOCK^®更好的与集成电路相匹配，从而来抑制无用振铃、过冲、下冲。在kHz频带内，阻尼电阻应为几千欧，而在MHz频带内，阻尼电阻应在几十欧至几百欧之间。可以任选阻尼电阻器。

CL1/CL2: 加载电容器

对于确定振荡电路的稳定性，此参数至关重要。如果负载电容过小，振荡波形就会变形，导致不稳定振荡。相反，如果负载电容过大，振荡就会停止。与相同集成电路比较，振荡电路会产生较低的频率，需要较大的静电容量。

Rb: 偏置电阻器

如果集成电路增益过大或采用TTL、三相缓冲集成电路，为了减少集成电路增益或抑制不稳定振荡，可以使用偏置电阻器有目的地改变偏置点。C-MOS集成电路使用阻值为1MΩ至10MΩ的偏置电阻器，TTL使用1KΩ至10KΩ的偏置电阻器。

对于不同的集成电路和CERALOCK^®，常数也不同。想了解更多详细信息，详情请与村田公司联系。

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在振荡电路中，哪类电容器可以用作加载电容器?

通常情况下，振荡电路要求负载电容量约为3pF至2200pF，所以有很好频率特性的陶瓷电容器十分适合作振荡电路中的加载电容器。

CERALOCK^®的振荡频率随负载电容的变化而变化，因此，我公司推荐选择高精度、具有高Q值的温漂补偿、温度系数为“0”的CERALOCK^® (公差为“J”，温度特性为“CH”)。一般情况下，使用总公差为±20%的电容器不会有问题。总公差包括初始公差以及温度从-20°C升至80°C时产生的电容值变动。根据所使用的集成电路的情况，可能会出现异常振荡或停振的现象，但是这种现象很少见。

从村田公司的评价结果来看，在E6系统范围内，如果负载电容比推荐的常数增加或减少了两级，但仍能产生稳定的振荡，就不会出现任何问题。

由于振荡频率随负载电容的变化而变化，因此，必须确定当负载电容变化时，此设备是否能正常运转。

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请解释造成异常振荡的原因，并给出相应的对策。

• CERALOCK^®的寄生振荡 (乱真振荡)
• 错误的电路配线和定时误差 (CR/LC振荡，环振荡)

为了区别上述两种情况，用具有相同电容的电容器 (Cx) 代替CERALOCK^®。如果是第二种原因，即使用Cx代替了CERALOCK^®，电路也会产生正常振荡。

找到异常振荡的原因之后，应该采取相应的对策。

针对第一种原因的对策

除了能产生目标振荡频率 (主振频)，CERALOCK^®还能产生各种寄生振荡 (乱真振荡)。如果振荡电路采用了不当的电路常数，就会产生寄生振荡。表1列举了可以观察到的寄生模式。

表1 不同系列产生的寄生振荡频率

上述CERALOCK^®系列中， (1)、 (2)、 (3b) 产生高于主频率的振荡。为了降低高频范围内的增益，可以采取以下措施:

a.增加“CL” (CL1=CL2) (在E6系统范围内，约增加两级)。

b.添加“Rd” (阻尼电阻器: 100KΩ～10KΩ)。

如果采用第a种措施，振荡频率会缓慢地降低，需要考虑对设备的影响。
如果两种措施的“CL”和“Rd”增加的过多，振荡就会停止。

对于 (3a)，CERALOCK^®产生低于主频率的振荡。因此，必须采取以下措施来增加高频范围内的增益，或降低低频范围内的增益。

c.降低“CL” (CL1=CL2) (在E6系统范围内，约降低三级)。

d.增加“Rp” (约1KΩ～100KΩ)，或降低“Rf”。

如果采用第c种措施，“CL”降低过多，振荡就会不稳定。如果采用第d种措施，“Rf”降低过多，振荡就会停止。

针对第二种原因的对策

以下实例显示了使用CERALOCK^®作为电容器的异常振荡。我公司还未建立针对此异常振荡的固定对策，如果采用的集成电路不同，有效的方法也会不同。然而，可以考虑以下对策:

e.更换“CL”

f.使“CL1”和“CL2”平衡。

g.添加“Rd.”。

h.添加“Rb”。

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请解释造成停振的原因，并给出相应的对策。

如果发生停振现象或不能进行振荡，应检查导致此问题的原因，例如：CERALOCK^®故障、CERALOCK^®与集成电路不匹配、复位程序错误等。如果此集成电路不是用作放大器，用任何方式都不能产生振荡。因此，应首先对集成电路进行运行检查。检查集成电路运行十分简单，只需将集成电路的输入端子接上电源或接地来检查输出信号是否反转。如果集成电路用于逆变器，输出信号必须反转。

如果集成电路用于逆变器，但仍不能产生振荡，CERALOCK^® (振荡电路) 一定有问题。造成此问题的原因可能是电路常数不当或CERALOCK^®有故障。如果电路常数正确，即使CERALOCK^®的电特性在规定等级内不稳定 (例如: 谐振电阻增加很少)，那么电路也会产生正常的振荡。如果电路常数不当，CERALOCK^®电特性的波动就会导致振荡停止。

关系到振荡电路中CERALOCK^®电特性波动的振荡稳定性称为额外增益。振荡额外增益与CERALOCK^®的“R1”有关。当“R1”增加时，额外增益减少。为了检查振荡稳定性，用阻抗分析仪或网络分析仪来测量单一CERALOCK^®的特性。对比有缺陷的CERALOCK^®和正常CERALOCK^®，可以发现不同的特性。如果停振现象发生温度改变时，用干燥机或冷冻机改变温度，再检查CERALOCK^®的特性。

如果CERALOCK^®没有异常，发生了或很可能发生停振现象，其原因可能是电路常数不当。这种情况下，应核对电路常数，因为对于不同的集成电路，其电路常数会有很大变化。在电路常数中，负载电容“CL” (CL1/CL2) 非常重要。如果负载电容过高，电路增益就会减少。相反，如果负载电容过低，电路就不能产生合适的相差，也会造成额外增益减少。要检查此参数，就得测量负载电容的振幅特性。为此，在1/10至10倍这个范围内，改变“CL” (CL1=CL2) 的标准值 (例: 有3个端子的产品的电容)，观察输入 (V1) 振幅的变化。当负载电容合适时，观察最大振幅。

如果反馈电阻 (Rf) 过大，当印刷电路板的绝缘电阻由于某种原因减小时，反馈就会停止，导致振荡停止。此现象是由不稳定的直流偏压造成的。为了找到原因，拆除CERALOCK^®，再使用探测器测量偏压，此探测器应与集成电路输出端子相连。就会发现，偏压几乎与VDD相同，但是正常情况下，偏压应为VDD/2。

当振荡电路增加阻值约为1MΩ时，外部反馈电阻就可以解决此问题。

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请解释静噪措施。

CERALOCK^®的Q值低于石英振荡子，此外，CERALOCK^®可以在端子之间产生大电容。因此，影响CERALOCK^®的噪声 (不必要的电磁噪声) 低于石英振荡子。如果CERALOCK^®的噪声问题仍然存在，可以通过改变振荡电路的常数将噪声抑制在特定范围。为此，通常使用如下三种方法:

增加负载电容

如果增加了负载电容，就会增强低通滤波器的效果，从而减小微波噪音。因此，振荡频率也会稍微降低。如果负载电容增加过大，振荡就会停止。

增加阻尼电阻器 (Rd)

增加阻尼电阻器会进一步增加负载电容，增强低通滤波器的效果，纠正CERALOCK^®与集成电路的配合，进而抑制反射振铃。此外，此方法可以减少电流消耗，抑制噪音。如果阻尼电阻增加过多，振荡就会停止。

在负载电容与地之间安装铁氧体磁珠

安装铁氧体磁珠可以降低微波增益，抑制噪音。如果铁氧体磁珠造成的感应系数或损耗过大，振荡就会停止或发生异常振荡现象。

即使用上述三种方式来抑制噪音，也可能是无效的，因为不同的集成电路和CERALOCK^®会影响噪音的抑制效果。特别是针对三次泛音的CERALOCK^®，其电路常数产生很少额外增益，因此，必须全面地考虑电路常数。

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请解释经常产生异常振荡情况的集成电路，并给出原因。

关于采用CERALOCK^®的振荡电路逆变器，推荐选择非缓冲型 (4069UB/74HCU04，由C-MOS单级逆变器组成)。虽然三级缓冲型 (4049/4011/74HC04，由三级逆变器组成) 或施密特触发器也可产生振荡，不推荐此类型，因为此类逆变器经常产生异常振荡。产生异常振荡的原因是三级缓冲型和施密特触发器型会产生极高的增益，因此电路“CR”、配线“LC”产生的振荡或由门信号延迟时间造成的环形振荡会叠加在CERALOCK^®波形上。如果采用合适的电路常数，CR、LC、环形振荡会在某种程度上减小，但不可能完全消除。

由于振荡电路决定了时钟频率，因此它是装置的心脏。不推荐使用“与非”门、“或非”门集成电路，因为此类电路是三级缓冲型。如果将此类电路用于振荡电路，会经常发生异常振荡现象。为了控制振荡开/关状态，要控制振荡电路的输出，而不是安装电路控制芯片。为此，经全面的考虑，必须准备专用的振荡电路，而不是用剩余电路控制芯片来制作振荡电路，也不是安装开/关控制装置。

最近，振荡电路也可采用装有两个缓冲门的集成电路。

经常产生异常振荡的电路
三级缓冲集成电路
在振荡回路中，有开/关控制装

产生稳定振荡的电路
非缓冲集成电路
在振荡回路中，没有开/关控制装置

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什么是“居里点”?

随着压电温度的升高，在某一温度 (相变点)，四方晶系会变成立方晶系。此温度被称为“居里点”或“居里温度”。当四方晶系变为立方晶系时，此材料就会失去压电。因此，一旦压电材料暴露于高于居里点的温度，即使温度恢复到室温，压电性也不会恢复。这种状态称为偶极。要想恢复压电性，必须利用高直流电压对材料进行极化。

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什么是“寄生振荡”?

大体上，可将CERALOCK^®分为两种系列: kHz频带和MHz频带系列。产品类别由振动模式决定。但是，任何类型的CERALOCK^®产生的振荡频率 (寄生振荡) 不同于主振频。具有寄生频率的振荡称为寄生振荡。可利用阻抗分析仪 (如HP4294，由安捷伦科技有限公司制造) 对寄生振荡情况进行检查。

通常，任何类型的振荡子都产生奇位数泛音频率。然而，除了那些拥有三次泛音频率的CERALOCK^® (例如: CSTCW/CSACW_X系列)，由于泛音频率的关系，CERALOCK^®很少产生寄生振荡。

可以通过测量振荡频率，来检查泛音频率造成的寄生振荡。如果振荡频率接近目标频率的三倍，则认为是三次泛音频率的寄生振荡。

如果使用CSTCW/CSACW_X系列，可以观察到基波 (1/3频率) 或五次波 (5/3频率) 寄生振荡的现象，因为三次泛音振荡频率与目标振荡频率相同。

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请解释除了寄生振荡的其他异常振荡现象，并给出检查方法。

根据不同的电路类型，振荡电路会自动产生异常振荡。为了区别振荡电路产生的异常振荡和CERALOCK^®的寄生振荡，必须读取频率计上的读数来检查此读数是否与寄生振荡模式的频率相同，或通过改变供电电压来检查频率变化是否超过±1%。
以下表格列举了经常出现的异常振荡。

检查是否存在异常振荡

可采用以下方法检查电路中是否存在异常振荡:

A.振荡开始时进行测量，在测量过程中，改变供电电压或电路常数。
如果产生异常振荡，振荡开始后，波形会不稳定。

B.打开或关闭电源
当打开电源时，会出现异常振荡。

C.将供电电压从0V逐渐增加
此方法适用于三次泛音频率的振荡子 (如CSTCW/CSACW_X系列)。如果供电电压低，振荡开始于基波。然而，当供电电压达到目标电压时，仍是基波。

D.用干燥机或冷冻机升高或降低工作温度
如果电路温度降低或升高，很容易产生异常振荡。