原创 陶瓷谐振器振荡电路配置注意事项

在智能终端（AIoT）、计算机和通信系统中，陶瓷谐振器（Ceramic Resonator）和石英晶体谐振器（Quartz Crystal，XTAL）可以说得上是”兄弟俩“。两者都是产生频率信号的无源元件，在性能和应用上也有很多相似之处，一个作为计时元件，一个用作时钟基准。

虽然有些晶振从业者对陶瓷谐振器不屑一顾，但却不能忽视和低估陶瓷谐振器的应用价值和发展潜力。

（1）电路符号相同。电子电路原理图中，两者的电路符号是一样的，都是“电极+起振器”的三明治形式。

（2）起振原理相同。两者都基于压电效应，即振子（石英晶片、陶瓷极化片）两极外加电压后会产生变形，反过来外力使振子变形后两金属片上又会产生电压。如果给压电振子加上适当的交变电压，就会产生谐振，成为振荡器电路的振源。

（3）用途领域相同。陶瓷谐振器和XTAL晶振都是频率元件，主要用作振荡电路的起振元件，应用于智能终端、物联网设备、通信设备和汽车电子等领域。由于陶瓷谐振器和XTAL的“芯”不同，两种材料的不同天然属性、加工工艺决定了它们性能上的必然差异。虽然陶瓷谐振器频率精度、频率稳定性不如XTAL晶振，但也具有如下明显优势：

（1）起动较快，可用于汽车CAN（控制器局域网络）总线等低延迟应用。

（2）温度范围宽，工作温度为-40°C至+125°C，适用于对时序要求不严格的嵌入系统。

（3）尺寸较小，更能承受冲击与振动。

（4）价格只有XTAL晶振的1/3。

在大多数MCU应用中，陶瓷谐振器常作为计时元件，其振荡器电路与石英谐振器类似，主要振荡参数有：反馈电阻器（Rf:）、阻尼电阻器（Rd）、负载电容器（CL1/CL2）、偏置电阻器（Rb）。

（1）反馈电阻器（Rf:）振荡电路中，反馈电阻器（Rf）主导偏置大小。通常，CMOS集成电路使用的反馈电阻在100KΩ～10MΩ之间(通常为1MΩ)。由于TTL集成电路的I/O阻抗低，对应的反馈电阻在1KΩ～10KΩ之间(通常为4.7KΩ)。目前，大多数集成电路都使用了反馈电阻器，就需要注意外接反馈电阻选择。如果反馈太大，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。

（2）阻尼电阻器（Rd）阻尼电阻器和负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。

（3）负载电容器（CL1/CL2）

（4）（5）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。（6）通常，振荡电路要求负载电容量约为3pF至2200pF，用户可选择高精度、高Q值、温度系数接近“0”的的温补型陶瓷电容器。一般情况下，使用总公差为±20%的电容器不会有问题，但必须确定当负载电容变化时谐振器能正常运转。

（4）偏置电阻器（Rb）

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。

作为一种高温烧结的压电陶瓷元件，陶瓷谐振器具有较高可靠性，如果发生静噪过高、异常震荡现象，很可能是电路常数不当造成的。

（1）静噪过高?

陶瓷谐振器的两个端子间会产生大电容，噪声一般低于石英晶体。如果噪声问题仍然存在，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，通常使用三种方法:一是增加负载电容（CL1/CL2）。增加负载电容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。其次，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。第三，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。如果上述三种方式也无法解决问题，就要考虑集成电路的影响了，如控制振荡电路的输出，采用专用电路等。

（2）异常振荡

根据不同的电路类型，振荡电路会自动产生异常振荡。为了区别振荡到底来自电路，还是陶瓷谐振器，必须用频率计检查是否存在与寄生振荡模式相同的频率，或通过改变供电电压来检查频率变化是否超过±1%。以下列举了经常出现的异常振荡。

陶瓷谐振器应用频率范围很广，从低频千赫到中频和高频兆赫兹，不同频率范围需与各种IC配套应用，所以与芯片厂商的配合与支持非常重要。