[發(fā)明專利]一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)電路及方法

有效

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• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103501178A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任水生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)電路，還涉及一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代社會，在衛(wèi)星導(dǎo)航、通訊、廣播、雷達(dá)、精確制導(dǎo)、電子對抗、遙控遙測等各種領(lǐng)域，晶體振蕩器都是必不可少的部件，而且對于晶體振蕩器的頻率準(zhǔn)確度要求越來越高。業(yè)界已經(jīng)利用溫度補償技術(shù)設(shè)計了恒溫晶體振蕩器(OCXO)，其頻率穩(wěn)定度有了極大的改善。但是隨著時間的推移，即使是恒溫晶體振蕩器，其頻率準(zhǔn)確度也會逐漸惡化，其主要原因包括老化、外界環(huán)境變化、壓控電壓的失調(diào)等等。

老化是晶體振蕩器的時間效應(yīng)，是不可避免的誤差項。引起諧振器頻率老化的主要原因有質(zhì)量效應(yīng)和應(yīng)力效應(yīng)兩種。目前為了減小老化在工藝上均采取了許多措施，使得諧振器的老化大為降低。然而，即使是相同設(shè)計和加工工藝的諧振器，其老化率也會表現(xiàn)出不同的結(jié)果，因此在諧振器使用一段時間之后，會對其輸出頻率準(zhǔn)確度造成較大的影響。

而外界環(huán)境變化、壓控電壓失調(diào)，同樣也是不可避免的。在晶體諧振器使用一段時間后，其頻率準(zhǔn)確度必然由于上述因素而惡化。但是不管是那一種因素，或是共同作用造成的頻率準(zhǔn)確度惡化，都可以通過調(diào)整晶體諧振器的壓控端電壓來校準(zhǔn)補償其頻率偏移。

目前振蕩器校準(zhǔn)技術(shù)主要有：

(1)基于GPS與北斗雙模受時的壓控晶體振蕩器校準(zhǔn)

系統(tǒng)優(yōu)選GPS與北斗系統(tǒng)中時基穩(wěn)定度較高的1pps信號與晶體振蕩器分頻后得到的1pps信號進(jìn)行鑒相、濾波、EFC(Electrical?Frequency?Control)控制電壓等，然后將控制電壓數(shù)值送入D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值，該電壓值送入晶體振蕩器EFC調(diào)諧端，來修正晶體振蕩器的頻率偏移。

通過基于GPS與北斗雙模受時的壓控晶體振蕩器校準(zhǔn)的方法校準(zhǔn)頻率精度時，當(dāng)所處環(huán)境無法接收其中的任意一個系統(tǒng)時，該晶體振蕩器校準(zhǔn)方法將失效。同時該方法對于專門的晶體振蕩器校準(zhǔn)系統(tǒng)來說有效，但當(dāng)所需要校準(zhǔn)的晶體振蕩器應(yīng)用在測試儀器等領(lǐng)域時，比如頻率計數(shù)器、脈沖調(diào)制域分析儀等，該方法集成度有限，不利于集成到空間有限的印制板上。

(2)閉環(huán)數(shù)字穩(wěn)頻校準(zhǔn)

由單片機判斷晶體振蕩器的頻率值，然后根據(jù)頻率偏移方向，在當(dāng)前電壓控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上調(diào)整輸出數(shù)據(jù)，并通過D／A轉(zhuǎn)換為調(diào)諧電壓加到振蕩器上，來控制振蕩器的頻率，直到其頻率值達(dá)到預(yù)設(shè)的精度要求。

閉環(huán)數(shù)字穩(wěn)頻校準(zhǔn)方法受環(huán)路所能允許的頻偏范圍影響，當(dāng)振蕩器的輸出頻率偏移超出其最大頻偏時，該系統(tǒng)將無法正常工作，頻率也無法穩(wěn)定到標(biāo)準(zhǔn)頻率上。而溫度對于振蕩器的輸出頻率偏移影響最大，溫度范圍越寬，所能引起的頻率偏移越大，也就是說，該方法對于溫度范圍寬的振蕩器不適用。

上述兩種方法都需要依賴精密的外部參考信號。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)電路及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中振蕩器頻率準(zhǔn)確度受外界環(huán)境影響、依賴外部參考的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)電路，包括：控制系統(tǒng)、FPGA控制單元、D／A轉(zhuǎn)換單元和穩(wěn)壓電源產(chǎn)生單元；

所述FPGA控制單元檢測晶體振蕩器的當(dāng)前頻率，并與晶體振蕩器的標(biāo)稱頻率相比較，輸出偏移值；

所述控制系統(tǒng)包括圖形解析處理單元，所述控制系統(tǒng)接收晶體振蕩器的老化率曲線，所述圖形解析處理單元根據(jù)老化率曲線生成一組時間對頻率值的數(shù)組，控制系統(tǒng)計算出對應(yīng)的老化率DAC數(shù)組，對晶體振蕩器的頻率進(jìn)行粗調(diào)；所述控制系統(tǒng)還接收所述FPGA控制單元輸出的偏移值，調(diào)整所述老化率DAC數(shù)組，對晶體振蕩器頻率進(jìn)行高精度校準(zhǔn)；

所述D／A轉(zhuǎn)換單元接收所述控制系統(tǒng)輸出的老化率DAC數(shù)組，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出EFC電壓到晶體振蕩器的電壓調(diào)諧端；

所述穩(wěn)壓電源產(chǎn)生單元包括開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源，輸出參考電壓到所述D／A轉(zhuǎn)換單元的參考端。

可選地，所述圖形解析處理單元在所述控制系統(tǒng)中通過軟件實現(xiàn)。

可選地，所述時間對頻率值的數(shù)組中時間的單位為小時、天、月或者年。

本發(fā)明還提供了一種高穩(wěn)時基振蕩器自動校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

通過FPGA控制單元檢測晶體振蕩器的當(dāng)前頻率，并與晶體振蕩器的標(biāo)稱頻率相比較，輸出偏移值；

根據(jù)晶體振蕩器的老化率曲線生成一組時間對頻率值的數(shù)組，計算出對應(yīng)的老化率DAC數(shù)組，對晶體振蕩器的頻率進(jìn)行粗調(diào)；