谐振器为汽车应用提供稳定的参考时钟或信号源
谐振器为汽车应用提供稳定的参考时钟或信号源
当前的汽车中搭载着越来越多的电子设备，这些设备都需要通过车载网络（in-vehicle networks, IVN）来进行通信，谐振器则在通信过程中提供频率控制功能，以确保系统稳定运作。本文将为您介绍谐振器在汽车领域的应用，以及由村田制作所（Murata）所推出的晶体谐振器和陶瓷谐振器。
谐振器在汽车应用中用途广泛
谐振器是指产生谐振频率的电子组件，常用的谐振器主要分为石英晶体谐振器和陶瓷谐振器。谐振器产生频率的作用，具有稳定、抗干扰性能良好的特点，广泛应用于各种电子产品中。其中石英晶体谐振器的频率精度要高于陶瓷谐振器，但成本也比陶瓷谐振器高。谐振器主要起到频率控制的作用，所有电子产品涉及频率的发射和接收都需要谐振器，可用作电子电路的参考时钟或信号源。
石英晶体可以利用晶体材料的压电特性，将精确的频率信号传输到IC（微控制器），在结晶坯料的两侧的溅射沉积电极上施加电场，则会对做为压电材料的石英晶体引起振动。
陶瓷谐振器则使用主要由锆钛酸铅（Lead-Zirconate-Titanate, PZT）组成的高度稳定压电陶瓷做为机械谐振器。当施加电压时，由于压电效应而发生变形，并且在特定频率下发生共振。该共振频率由振动模式和陶瓷基板的尺寸（长度、厚度）决定。
在汽车应用中，有各种谐振器产品使用案例，包括相机架构与雷达架构的高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS）、胎压侦测系统（Tire-Pressure Monitoring System, TPMS）、远程无钥匙进入（Remote Keyless Entry, RKE）、以太网、无线充电器、NFC（钥匙）、常规式或数字式组合仪表、停车辅助系统、环视摄像头系统、行车记录仪、电动／混合动力汽车的电池管理系统及电机控制器。
特殊结构设计具有优越特性
在汽车应用中，电子零组件必须面对高温、低温、震动、噪声等复杂的环境，因此对于谐振器的质量要求特别高。Murata已经持续向市场供应做为微型计算机等基准时钟使用的陶瓷谐振器（CERALOCK®）40多年。为了能够满足陶瓷谐振器的频率精度无法支持、需要更高精度时钟的设备，因此和东京电波株式会社共同研发出小型且实现高可靠性的晶体谐振器。Murata自2009年开始面向消费级市场供货，并于2013年面向车载市场。
Murata的晶体谐振器使用现有晶体谐振器没有的独特封装技术，是具有优越品质、量产性、高性价比的晶体谐振器。相对于一般的晶体谐振器采用空穴构造的陶瓷封装，Murata的晶体谐振器采用陶瓷谐振器中具有多年市场实际业绩的平面构造的氧化铝基板和金属帽相结合的构造。通过采用通用性高平面构造氧化铝基板、金属帽，与传统的晶体谐振器相比，在降低材料费用的同时，可提高供给的稳定性和增产的对应能力。
由于Murata拥有从晶体原石的生产、设计、独创设备的生产，到全球销售网的一条龙体制。因此，能够反映出独特的制造工艺，并开创出新的领域，可为客户提供新的价值。
汽车用晶体谐振器满足车载可靠性要求
Murata的汽车用晶体谐振器（XRCHA系列、XRCGB系列、XRCGE系列）拥有Murata特有的封装技术，具有优越的品质、量产性和性价比，能够对应下一代车载通信标准车载Ethernet/FlexRay。应用于车载Ethernet/FlexRay时，整体精度可达到±50ppm，负荷容量（Cs）可对应6pF、8pF、10pF等。Murata的汽车用晶体谐振器可满足车载用要求的可靠性保障（AEC-Q200）。高温放置可达到+125℃、1000小时，温度循环可达到-55至+125℃、1000个循环，中等湿度负荷可达到+85℃、85%湿度、DC6V、1000小时，高温负荷则可达到+125℃、DC6V、1000小时。
Murata的汽车用晶体谐振器结构采用小型、高可靠性封装，适合ECU小型化的2.5×2.0mm/2.0×1.6mm尺寸，与3.2×2.5mm尺寸相比，实现了超大的60%小型化。采用CERALOCK具备的高可靠性封装，具有耐冲击性、耐跌落性等优越的机械性能和耐气候性能。具有不遗漏抑制振动的粒子，Murata特有的的颗粒筛选技术，可以在生产阶段就准确地甄别出附着有颗粒，并可能引起晶体谐振器特性劣化的不良品，并导入适合基板外形检查（Automatic Optical Inspection, AOI）的形状设计，采用小尺寸且能够提高焊接圆角可视性的角电极形状。
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Murata的汽车用小型晶体谐振器（2.0x1.6x 0.7mm），包含XRCGB_F_A、XRCGE_F_A、XRCGB_F_C、XRCGB_F_G（信息娱乐专用）系列。
汽车用陶瓷谐振器的振荡上升时间快
Murata的汽车用CERALOCK陶瓷谐振器（XRCHA系列、XRCGB系列），广泛用于汽车应用中，这些汽车产品在世界各地的客户中使用，植根于多年来通过Murata开发的设计和制造技术。CERALOCK陶瓷谐振器有利于简化设计，可实现小型、低背的产品设计、容量内置型，并削减组件数量，适合CAN通信的频率精度，LS-CAN用的总频率公差达±0.8%（同系列对应的频率公差不同），HS-CAN用的总频率公差为±0.27%。
Murata的汽车用CERALOCK陶瓷谐振器的振荡上升时间（startup time）快，振荡上升时间是指IC电源启动时，从振荡过渡的状态向恒定区移动所需的时间，Murata的规定是达到恒定状态的振荡水平90%的时间。振荡上升时间受振荡电路中使用组件的影响，与晶体谐振器相比较的话，CERALOCK的振荡上升时间会快1位数到2位数。
为满足符合动力传动系统／底盘，以及“行驶、转弯、停止”的机能环境的可靠性。CERALOCK陶瓷谐振器支持高温放置达+125℃、1000小时，温度循环达-55到+125℃、1000个循环，中等湿度负荷可达+85℃、85%湿度、DC6V、1000小时，高温负荷则可达+125℃、DC6V、1000小时。
为应对多变的规格响应，Murata在各个系列的频率范围内，提供符合客户要求各种频率的产品，并将150℃对应产品加入到产品阵容中。在一般汽车用中，推出CSTCR_G_B（频率4.00～7.99 MHz）、CSTNE_G_A（8.00～13.99 MHz）、CSTNE_V_C（频率14.00～20.00 MHz），频率公差均为±0.5%。车内网络用（高精度组件）则包含CSTNR_GH5C（频率4.00～7.99 MHz）、CSTNE_GH5C（频率8.00～13.99 MHz）、CSTNE_VH3C（频率14.00～20.00 MHz），频率公差均为±0.07%。
结语
谐振器广泛应用于各种电子产品中，面对严苛的汽车应用环境，高质量的谐振器对产品的稳定性具有重要的影响。Murata拥有数十年的谐振器制造经验与专利技术，能够满足汽车应用的严苛要求，将是相关产品开发商的最佳选择与合作伙伴。