resonadores cerámicos y vibraciones ultrasónicas

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Estoy encontrando un problema con un resonador cerámico tan pronto como nuestro dispositivo está sujeto a vibraciones ultrasónicas (baño de limpieza por ultrasonidos).

Nuestro dispositivo utiliza un IC semipersonalizado que integra el circuito del oscilador, es un simple oscilador Pierce con las resistencias correspondientes integradas en el ASIC. Está optimizado para el Murata CSTCC_G_A resonador cerámico de 2 MHz.

Si nuestro dispositivo se coloca en un baño de limpieza por ultrasonidos (el sistema electrónico está sellado), el resonador comienza a funcionar. Lo que puedo medir con el osciloscopio es una frecuencia espuria de alrededor de 66 kHz, que es casi el doble de la frecuencia del baño de ultrasonidos (35 kHz). Medí esto en la entrada del oscilador de nuestro ASIC.

Se parece a esto (en modo de ejecución):

Hayalgunasvariacionesquepuedenocurrircomounacombinacióndeambasfrecuencias:

Ahora entiendo que un resonador cerámico contiene algún tipo de elemento cerámico piezoeléctrico que tiene la frecuencia de resonancia que te gusta. Por supuesto, ser piezoeléctrico también significa que la vibración externa se transformará en un voltaje. Pero la amplitud parece tan masiva, que parece que toco otra resonancia de baja frecuencia del resonador.

¿Hay alguna forma de reducir este efecto para que no se produzcan oscilaciones de 67 kHz?

Mi primer intento fue a la mitad de la resistencia de realimentación Rf del oscilador Pierce (externamente) pero eso no cambió nada.

Mi segundo intento fue usar un resonador vom AVX / Kyocera, la carcasa está hecha de manera diferente, por lo que esperaba que se comportara de manera diferente. Pero mi esperanza se rompió, es lo mismo allí también.

Estaba pensando en una estructura de filtro de paso alto en el circuito del oscilador, pero no estoy muy seguro de cómo lo haría y si eso ayudaría.

Me resulta un poco difícil encontrar las palabras clave adecuadas para realizar una búsqueda efectiva en Internet sobre este tema. La mayoría de las cosas que encontré están relacionadas con las vibraciones de orden superior del cristal en sí (como las vibraciones de 2 MHz - > 8 MHz) y cómo suprimirlas.

Información adicional que puede omitir:

Necesitamos una frecuencia estable para nuestra medición. El dispositivo debe soportar de -40 a 125 ° C, lo que limita significativamente las opciones. El dispositivo funciona a baja potencia con solo 1 mA a 3 V, el oscilador toma alrededor de 60 µA y no debería tomar mucho más que eso. No he contactado con Murata o AVX / Kyocera hasta ahora, la comunicación con los fabricantes japoneses fue un poco difícil la última vez, así que pregunto aquí primero.

Número de pieza del resonador utilizado actualmente: Murata CSTCC2M00G53A-R0

Número de pieza del resonador utilizado en el dispositivo anterior: Murata CSTCC4M00G53A-R0

Número de pieza del resonador AVX probado: PBRV2.00HR50Y000

    
pregunta Arsenal

2 respuestas

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Después de investigar muchas opciones, parece muy probable que la fuerza de conducción de nuestro ASIC sea demasiado pequeña para hacer frente a las perturbaciones externas.

Probé una configuración de hardware similar (nuestro producto anterior) con el resonador en cuestión y funcionó bien cuando un microcontrolador PIC lo controlaba.

Otro intento fue con un cuarzo de potencia ultra baja, que tiene una potencia máxima de 1 µW. Esta funcionó bien otra vez. Este cuarzo cuesta alrededor de 4 € por pieza, por lo que no es realmente una solución, y también requiere un nuevo diseño.

Envié una muestra de nuestro circuito a Murata, la cual analizaron (bueno, no exactamente por mi problema) y descubrí que, bajo valores extremos del resonador (impedancia máxima), el resonador no iniciará la oscilación. Así que esto lo tomo como otra pista, que la fuerza de la unidad no es suficiente.

Como la resistencia de amortiguación está integrada en el ASIC, no hay forma de reducirla para aumentar la resistencia de la unidad.

Las soluciones en nuestro caso son bastante limitadas y no todas son realmente óptimas. La mejor solución probablemente sería rediseñar el ASIC, pero tenemos tantos en nuestro almacenamiento que tardan 2 años hasta que el cambio se integre en todos nuestros productos: subóptimo.

El uso del microcontrolador en su especificación duplicará los requisitos actuales, lo que haría que el producto no funcione.

Así que rediseñaremos el hardware y usaremos un inversor adicional para construir nuestro propio circuito resonador y proporcionar el reloj desde allí al ASIC y al microcontrolador. Esto significa volver a realizar varias certificaciones.

Intenté soldar solo un tercio de las almohadillas para permitir algún movimiento del resonador. Cambió el comportamiento (menos perturbaciones) pero no lo suficiente como para corregir el problema por completo.

También intenté poner un poco de pegamento electrónico sobre el resonador para cambiar la resonancia o detener algún movimiento, pero eso lo empeoró.

El uso de diferentes condensadores en paralelo no cambió nada.

Un resonador antiguo en una carcasa redonda también funcionó bien (sin tapas incorporadas). Pero esos ya no están en producción por lo que puedo decir.

Quería probar un resonador sin condensadores incorporados ya que pensé que podrían agregar una resonancia mecánica adicional, pero hasta hoy nunca recibí las muestras que me prometieron. (Puedo publicar algunas fotos si alguien está interesado en la acumulación interna de un resonador cerámico)

    
respondido por el Arsenal
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El bloqueo de las vibraciones acústicas sumergidas implicaría rodear el resonador con una bolsa de aire.

¿Quizás la cinta de espuma sobre el resonador podría reducir el problema? Pero si está en un paquete SMT, las vibraciones seguirán ingresando a través de las terminales de resonancia y de PCB. Entonces, levántelo con cinta de espuma, suelde a mano algunos cables de conexión finos y luego cúbralo con más cinta de espuma. Entonces epoxi sobre todo el asunto?

    
respondido por el wbeaty

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