當前的汽車中搭載著越來越多的電子設備，這些設備都需要通過車載網(wǎng)絡（in-vehicle networks, IVN）來進行通信，諧振器則在通信過程中提供頻率控制功能，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運作。本文將為您介紹諧振器在汽車領域的應用，以及由村田制作所（Murata）所推出的晶體諧振器和陶瓷諧振器。

 

諧振器在汽車應用中用途廣泛

 

諧振器是指產(chǎn)生諧振頻率的電子組件，常用的諧振器主要分為石英晶體諧振器和陶瓷諧振器。諧振器產(chǎn)生頻率的作用，具有穩(wěn)定、抗干擾性能良好的特點，廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中。其中石英晶體諧振器的頻率精度要高于陶瓷諧振器，但成本也比陶瓷諧振器高。諧振器主要起到頻率控制的作用，所有電子產(chǎn)品涉及頻率的發(fā)射和接收都需要諧振器，可用作電子電路的參考時鐘或信號源。

 

石英晶體可以利用晶體材料的壓電特性，將精確的頻率信號傳輸?shù)絀C（微控制器），在結晶坯料的兩側的濺射沉積電極上施加電場，則會對做為壓電材料的石英晶體引起振動。

 

陶瓷諧振器則使用主要由鋯鈦酸鉛（Lead-Zirconate-Titanate, PZT）組成的高度穩(wěn)定壓電陶瓷做為機械諧振器。當施加電壓時，由于壓電效應而發(fā)生變形，并且在特定頻率下發(fā)生共振。該共振頻率由振動模式和陶瓷基板的尺寸（長度、厚度）決定。

 

在汽車應用中，有各種諧振器產(chǎn)品使用案例，包括相機架構與雷達架構的高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS）、胎壓偵測系統(tǒng)（Tire-Pressure Monitoring System, TPMS）、遠程無鑰匙進入（Remote Keyless Entry, RKE）、以太網(wǎng)、無線充電器、NFC（鑰匙）、常規(guī)式或數(shù)字式組合儀表、停車輔助系統(tǒng)、環(huán)視攝像頭系統(tǒng)、行車記錄儀、電動／混合動力汽車的電池管理系統(tǒng)及電機控制器。

 

特殊結構設計具有優(yōu)越特性

 

在汽車應用中，電子零組件必須面對高溫、低溫、震動、噪聲等復雜的環(huán)境，因此對于諧振器的質量要求特別高。Murata已經(jīng)持續(xù)向市場供應做為微型計算機等基準時鐘使用的陶瓷諧振器（CERALOCK®）40多年。為了能夠滿足陶瓷諧振器的頻率精度無法支持、需要更高精度時鐘的設備，因此和東京電波株式會社共同研發(fā)出小型且實現(xiàn)高可靠性的晶體諧振器。Murata自2009年開始面向消費級市場供貨，并于2013年面向車載市場。

 

Murata的晶體諧振器使用現(xiàn)有晶體諧振器沒有的獨特封裝技術，是具有優(yōu)越品質、量產(chǎn)性、高性價比的晶體諧振器。相對于一般的晶體諧振器采用空穴構造的陶瓷封裝，Murata的晶體諧振器采用陶瓷諧振器中具有多年市場實際業(yè)績的平面構造的氧化鋁基板和金屬帽相結合的構造。通過采用通用性高平面構造氧化鋁基板、金屬帽，與傳統(tǒng)的晶體諧振器相比，在降低材料費用的同時，可提高供給的穩(wěn)定性和增產(chǎn)的對應能力。

 

由于Murata擁有從晶體原石的生產(chǎn)、設計、獨創(chuàng)設備的生產(chǎn)，到全球銷售網(wǎng)的一條龍體制。因此，能夠反映出獨特的制造工藝，并開創(chuàng)出新的領域，可為客戶提供新的價值。

 

汽車用晶體諧振器滿足車載可靠性要求

 

Murata的汽車用晶體諧振器（XRCHA系列、XRCGB系列、XRCGE系列）擁有Murata特有的封裝技術，具有優(yōu)越的品質、量產(chǎn)性和性價比，能夠對應下一代車載通信標準車載Ethernet/FlexRay。應用于車載Ethernet/FlexRay時，整體精度可達到±50ppm，負荷容量（Cs）可對應6pF、8pF、10pF等。Murata的汽車用晶體諧振器可滿足車載用要求的可靠性保障（AEC-Q200）。高溫放置可達到+125℃、1000小時，溫度循環(huán)可達到-55至+125℃、1000個循環(huán)，中等濕度負荷可達到+85℃、85%濕度、DC6V、1000小時，高溫負荷則可達到+125℃、DC6V、1000小時。

 

Murata的汽車用晶體諧振器結構采用小型、高可靠性封裝，適合ECU小型化的2.5×2.0mm/2.0×1.6mm尺寸，與3.2×2.5mm尺寸相比，實現(xiàn)了超大的60%小型化。采用CERALOCK具備的高可靠性封裝，具有耐沖擊性、耐跌落性等優(yōu)越的機械性能和耐氣候性能。具有不遺漏抑制振動的粒子，Murata特有的的顆粒篩選技術，可以在生產(chǎn)階段就準確地甄別出附著有顆粒，并可能引起晶體諧振器特性劣化的不良品，并導入適合基板外形檢查（Automatic Optical Inspection, AOI）的形狀設計，采用小尺寸且能夠提高焊接圓角可視性的角電極形狀。

 

 

Murata的汽車用小型晶體諧振器（2.0x1.6x 0.7mm），包含XRCGB_F_A、XRCGE_F_A、XRCGB_F_C、XRCGB_F_G（信息娛樂專用）系列。

 

汽車用陶瓷諧振器的振蕩上升時間快

 

Murata的汽車用CERALOCK陶瓷諧振器（XRCHA系列、XRCGB系列），廣泛用于汽車應用中，這些汽車產(chǎn)品在世界各地的客戶中使用，植根于多年來通過Murata開發(fā)的設計和制造技術。CERALOCK陶瓷諧振器有利于簡化設計，可實現(xiàn)小型、低背的產(chǎn)品設計、容量內置型，并削減組件數(shù)量，適合CAN通信的頻率精度，LS-CAN用的總頻率公差達±0.8%（同系列對應的頻率公差不同），HS-CAN用的總頻率公差為±0.27%。

 

Murata的汽車用CERALOCK陶瓷諧振器的振蕩上升時間（startup time）快，振蕩上升時間是指IC電源啟動時，從振蕩過渡的狀態(tài)向恒定區(qū)移動所需的時間，Murata的規(guī)定是達到恒定狀態(tài)的振蕩水平90%的時間。振蕩上升時間受振蕩電路中使用組件的影響，與晶體諧振器相比較的話，CERALOCK的振蕩上升時間會快1位數(shù)到2位數(shù)。

 

為滿足符合動力傳動系統(tǒng)／底盤，以及“行駛、轉彎、停止”的機能環(huán)境的可靠性。CERALOCK陶瓷諧振器支持高溫放置達+125℃、1000小時，溫度循環(huán)達-55到+125℃、1000個循環(huán)，中等濕度負荷可達+85℃、85%濕度、DC6V、1000小時，高溫負荷則可達+125℃、DC6V、1000小時。

 

為應對多變的規(guī)格響應，Murata在各個系列的頻率范圍內，提供符合客戶要求各種頻率的產(chǎn)品，并將150℃對應產(chǎn)品加入到產(chǎn)品陣容中。在一般汽車用中，推出CSTCR_G_B（頻率4.00～7.99 MHz）、CSTNE_G_A（8.00～13.99 MHz）、CSTNE_V_C（頻率14.00～20.00 MHz），頻率公差均為±0.5%。車內網(wǎng)絡用（高精度組件）則包含CSTNR_GH5C（頻率4.00～7.99 MHz）、CSTNE_GH5C（頻率8.00～13.99 MHz）、CSTNE_VH3C（頻率14.00～20.00 MHz），頻率公差均為±0.07%。

 

結語

 

諧振器廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中，面對嚴苛的汽車應用環(huán)境，高質量的諧振器對產(chǎn)品的穩(wěn)定性具有重要的影響。Murata擁有數(shù)十年的諧振器制造經(jīng)驗與專利技術，能夠滿足汽車應用的嚴苛要求，將是相關產(chǎn)品開發(fā)商的最佳選擇與合作伙伴。