專利名稱：一種石英晶體振蕩器溫度補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及石英晶體振蕩器溫度補償技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，石英晶體振蕩器溫度補償方法主要有模擬式(熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)控制變?nèi)荻O管如圖1)和微機補償兩種，其中模擬式基本上已經(jīng)成熟，其不足在于生產(chǎn)性太差。微機溫度補償晶體振蕩器(如圖2所示)的方法是通過微處理器輸出補償電壓，再把該補償電壓送給振蕩回路中的變?nèi)萜骷?，?dāng)補償電壓改變，變?nèi)萜骷碾娙葜惦S之改變從而改變振蕩器的輸出頻率達到控制頻率的目的。這兩種方法均是利用變?nèi)荻O管或者是通過開關(guān)電容陣來改變回路電容從而控制頻率(如下圖1、圖2所示)(圖1出自趙聲衡著，湖南大學(xué)出版社，《石英晶體振蕩器》；圖2出自《儀器儀表學(xué)報》2002年10月第23卷第5期增刊《新型微機補償晶體振蕩器》)。對高頻泛音晶體振蕩器進行補償時因為串并聯(lián)頻率間隔較窄(Δf/n2)而需要加電感的方法來擴展串并聯(lián)頻率，或者采用倍頻等方法，這樣就造成了頻率穩(wěn)定度指標降低、相噪大。而當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展要求減小體積、降低功耗、減小倍頻次數(shù)，帶來了高頻化發(fā)展的趨勢；已有的補償方法不能適應(yīng)高頻發(fā)展趨勢的需要。
石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為F1＝F+Δf(T)的信號，其中，頻率F1是未補償而需要補償?shù)念l率，F(xiàn)是期望得到的穩(wěn)定的頻率值，Δf(T)是由溫度變化引起的偏移頻率。通過做頻率溫度試驗可以測出不同溫度下的頻率值，然后利用曲線擬合的方法得到Δf(T)，它是一個函數(shù)，其變量是溫度T；具體產(chǎn)生Δf(T)函數(shù)的方法見文獻《儀器儀表學(xué)報》2002年10月第23卷第5期增刊《新型微機補償晶體振蕩器》，作者劉海霞等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種石英晶體振蕩器溫度補償方法，該方法對石英晶體振蕩器補償?shù)慕Y(jié)果具有低相噪特點，能夠?qū)Ω哳l泛音石英晶體振蕩器進行有效溫度補償。
本發(fā)明提供了一種石英晶體振蕩器溫度補償方法，其特征是它采用下面步驟實現(xiàn)步驟1由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為F1＝F+Δf(T)的正弦振蕩信號，其中，頻率F1是未補償而需要補償?shù)念l率，F(xiàn)是期望石英晶體振蕩器輸出的穩(wěn)定頻率，Δf(T)是由溫度變化引起的頻率偏移，它是一個函數(shù)，隨溫度變化而發(fā)生變化；步驟2確定Δf(T)函數(shù)。通過溫度實驗，得到未經(jīng)補償?shù)氖⒕w的頻率-溫度特性曲線，經(jīng)過曲線擬合得到Δf(T)函數(shù)；步驟3由溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度值T1；步驟4由步驟2和步驟3所得結(jié)果經(jīng)過計算得到的當(dāng)前溫度為T1時的偏移頻率值Δf(T1)；由此可以得到當(dāng)前溫度為T1時的補償頻率值-Δf(T1)；由補償頻率發(fā)生電路產(chǎn)生頻率為F2＝-Δf(T1)的補償頻率信號；步驟5將步驟4得到的頻率為F2的信號輸入到整波電路中得到適合于跟F1混頻的正弦波信號，其頻率不變?nèi)允荈2；步驟6將步驟1所得的頻率為F1的正弦波和步驟5所得的頻率為F2的正弦波同時輸入到混頻器中混頻，混頻器輸出包含有頻率分別為F3和F4的正弦波；其中F3是頻率F1和頻率F2的和頻，其計算表達式為F3＝F1+F2＝F+Δf(T1)-Δf(T1)＝F，F(xiàn)即是最后期望得到的已補償頻率；F4是頻率F1與頻率F2的差頻，其計算表達式為F4＝F1-F2＝F+Δf(T1)-[-Δf(T1)]＝F+2Δf(T1)；步驟7由步驟6所得的包含有頻率為F3和F4的信號輸入到濾波器中，該濾波器是帶通濾波器，它可以濾除頻率為F4以及其他干擾邊帶頻率所對應(yīng)的信號，得到最后期望獲得的已補償頻率F信號；步驟8重復(fù)步驟3～7就可以得到另一溫度下獲得補償?shù)念l率為F的信號，依此類推，就可以實現(xiàn)對高頻石英晶體振蕩器的實時溫度補償。
按照本發(fā)明方法組成的硬件模型，如圖3所示，它包括石英晶體振蕩器、混頻器、溫度傳感器、補償頻率發(fā)生電路、整波電路、濾波器。石英晶體振蕩器是一種利用石英晶體壓電效應(yīng)穩(wěn)頻，產(chǎn)生固定頻率的裝置；混頻器是完成兩個或者多個頻率的和頻與差頻的裝置；溫度傳感器是將當(dāng)前溫度值轉(zhuǎn)化為可測量電信號的裝置；補償頻率發(fā)生電路是產(chǎn)生補償頻率的裝置；整波電路是將方波變成正弦波的電路；濾波器是用來濾除干擾邊帶頻率的電路。它們的連接方式如下石英晶體振蕩器的輸出端與混頻器的一個輸入端相連接；溫度傳感器的輸出端與補償頻率發(fā)生電路的輸入端相連接；補償頻率發(fā)生電路的輸出端與整波電路的輸入端相連接；整波電路的輸出端與混頻器的另外一個輸入端相連接；混頻器的輸出端與濾波器的輸入端相連接；濾波器輸出所期望得到的頻率。
本發(fā)明的實質(zhì)是通過溫度傳感器和補償頻率發(fā)生電路產(chǎn)生一個與石英晶體振蕩器產(chǎn)生的偏移頻率絕對值相等符號相反的補償頻率信號，該補償頻率信號經(jīng)過整波電路整波后的信號與石英晶體振蕩器輸出的未補償頻率信號混頻輸出，再經(jīng)過濾波器濾波后得到期望獲得的已補償后頻率的信號，從而達到溫度補償?shù)哪康摹?br> 目前國內(nèi)外所用的溫度補償方法均是通過溫度傳感器的信息產(chǎn)生補償電壓，來控制振蕩器中的變?nèi)荻O管，通過改變電容而控制頻率或通過溫度傳感器產(chǎn)生補償信息，控制開關(guān)電容陣改變電容從而調(diào)整頻率。本發(fā)明與現(xiàn)有的溫度補償方法相比，具有以下優(yōu)點克服了高頻泛音晶體振蕩器由于泛音晶體的串并聯(lián)間隔太窄帶來的固有缺陷，使高頻泛音晶體振蕩器的溫度補償?shù)靡詫崿F(xiàn)；克服了變?nèi)莨芎烷_關(guān)電容陣使用中必然存在的相位抖動；同時該方法同樣適宜集成。能適應(yīng)電子系統(tǒng)要求的高頻泛音補償和低相噪補償?shù)钠惹行枨蟆?br>

圖1是現(xiàn)有的模擬補償方式原理圖其中，補償網(wǎng)絡(luò)是由熱敏電阻和變?nèi)荻O管等元件組成；R1，R2是電阻；CRYSTAL是石英晶體；DIONDE VARACTOR是變?nèi)荻O管；振蕩器是產(chǎn)生需要補償而未補償?shù)念l率的電路；圖2是現(xiàn)有的數(shù)字補償方式原理圖其中，溫度傳感器是把當(dāng)前溫度轉(zhuǎn)變成可測的電信號的裝置；微處理器可以是單片機，DSP等器件；補償電路主要是用微處理器輸出的方波控制變?nèi)荻O管來控制振蕩電路的輸出頻率；振蕩電路是產(chǎn)生需要補償而未補償?shù)念l率的電路；圖3是本發(fā)明的原理框圖其中，石英晶體振蕩器是一種利用石英晶體壓電效應(yīng)穩(wěn)頻，產(chǎn)生固定頻率的裝置；混頻器是完成兩個或者多個頻率的和頻與差頻的電路；溫度傳感器是將當(dāng)前溫度值轉(zhuǎn)化為可測量電信號的裝置；補償頻率發(fā)生電路是產(chǎn)生補償頻率的裝置；整波電路是將方波變成正弦波的電路；濾波器是用來濾除干擾邊帶頻率的電路；圖4是本發(fā)明具體實施方式
電路原理圖R1、R2、R3為電阻，取值范圍是2K～5KΩ；R4是電阻，其取值范圍是200～400Ω；NPN是三極管；TRANS3是變壓器，其變比均是1∶1；C1是電容，其取值是0.11μF；C3是電容，其取值是15F；C4是電容，其取值是30pF；C5、C6是電容，其取值是20pF；INDUCTOR1、INDUCTOR2、INDUCTOR3是電感，其取值范圍是5～10mH；C7、C8、C9是電容，其取值范圍是200～400pF；DIODE是二極管；ADμ814是微處理器，它帶有溫度傳感器；此外還有+5V電源、兩個固有頻率都是100MHz的5次泛音石英晶體。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的方法，我們組成一種100MHz、5次泛音溫度補償晶體振蕩器，其原理圖如圖4所示。
在圖4中，由R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3、C4、NPN三極管、固有頻率是100MHz的5次泛音石英晶體、+5V電源等器件構(gòu)成了石英晶體振蕩器；由兩個二極管DIODE、兩個變壓器TRANS3等器件構(gòu)成了混頻器；由C5、C6、固有頻率是100MHz的5次泛音石英晶體等器件構(gòu)成了濾波器；由C7、C8、C9、INDUCTOR1、INDUCTOR2、INDUCTOR3等器件構(gòu)成了整波電路；由ADμ814構(gòu)成了補償頻率發(fā)生電路；其中，ADμ814是微處理器，它帶有溫度傳感器，可以通過軟件編程的方法產(chǎn)生一個補償頻率信號。
元件取值范圍是電阻R1、R2、R32K～5KΩ；R4200～400Ω電容C10.11μF；C315pF；C430pF；C5、C620pF；C7、C8、C9200～400pF電感INDUCTOR1、INDUCTOR2、INDUCTOR35～10mH。
權(quán)利要求
步驟1由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率為F1＝F+Δf(T)的正弦振蕩信號，其中，頻率F1是未補償而需要補償?shù)念l率，F(xiàn)是期望石英晶體振蕩器輸出的穩(wěn)定頻率，Δf(T)是由溫度變化引起的頻率偏移，它是一個函數(shù)，隨溫度變化而發(fā)生變化；步驟2確定Δf(T)函數(shù)；通過溫度實驗，得到未經(jīng)補償?shù)氖⒕w的頻率-溫度特性曲線，經(jīng)過曲線擬合得到Δf(T)函數(shù)；步驟3由溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度值T1；步驟4由步驟2和步驟3所得結(jié)果經(jīng)過計算得到的當(dāng)前溫度為T1時的偏移頻率值Δf(T1)；由此可以得到當(dāng)前溫度為T1時的補償頻率值-Δf(T1)；由補償頻率發(fā)生電路產(chǎn)生頻率為F2＝-Δf(T1)的補償頻率信號；步驟5將步驟4得到的頻率為F2的信號輸入到整波電路中得到適合于跟F1混頻的正弦波信號，其頻率不變?nèi)允荈2；步驟6將步驟1所得的頻率為F1的正弦波和步驟5所得的頻率為F2的正弦波同時輸入到混頻器中混頻，混頻器輸出包含有頻率分別為F3和F4的正弦波；其中F3是頻率F1和頻率F2的和頻，其計算表達式為F3＝F1+F2＝F+Δf(T1)-Δf(T1)＝F，F(xiàn)即是最后期望得到的已補償頻率；F4是頻率F1與頻率F2的差頻，其計算表達式為F4＝F1-F2＝F+Δf(T1)-[-Δf(T1)]＝F+2Δf(T1)；步驟7由步驟6所得的包含有頻率為F3和F4的信號輸入到濾波器中，該濾波器是帶通濾波器，它可以濾除頻率為F4以及其他干擾邊帶頻率所對應(yīng)的信號，得到最后期望獲得的已補償頻率F信號；步驟8重復(fù)步驟3～7就可以得到另一溫度下獲得補償?shù)念l率為F的信號，依此類推，就可以實現(xiàn)對高頻石英晶體振蕩器的實時溫度補償。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種石英晶體振蕩器溫度補償方法，它是通過溫度傳感器和補償頻率發(fā)生電路產(chǎn)生一個與未補償石英晶體振蕩器產(chǎn)生的偏移頻率絕對值相等符號相反的補償頻率信號，該補償頻率信號經(jīng)過整波電路整波后的信號與石英晶體振蕩器輸出的未補償頻率信號混頻輸出，再經(jīng)過濾波器濾波后得到期望獲得的已補償后頻率的信號，從而達到溫度補償?shù)哪康?。該方法具有低相噪特點，能夠?qū)Ω哳l泛音石英晶體振蕩器進行有效的溫度補償。
文檔編號H03B5/04GK1705222SQ200410022680
公開日2005年12月7日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者黃顯核, 黎敏強, 付瑋, 譚鋒 申請人:電子科技大學(xué)