[發明專利]一種晶體振蕩器的溫度補償系統

在審

• 申請號: 201410836521.0
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104467816A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 付瑋;劉東;黃顯核
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03L1/02
• 分類號: H03L1/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于晶體振蕩器技術領域，更為具體地講，涉及一種晶體振蕩器(Temperature?Compensate?Crystal?Oscillator,以下簡稱TCXO)的溫度補償系統，用于改善溫度補償，提高晶體振蕩器輸出頻率的穩定性。

背景技術

晶體振蕩器廣泛應用于電子信息產業，精密的晶體振蕩器對通信、電子儀器、航空航天、國防軍工等領域的技術發展有重要作用。

隨著環境溫度的變化，晶體振蕩器輸出頻率會發生漂移。這種輸出頻率隨溫度變化的情況如圖1所示，通常定義這種圖形為頻率—溫度特性曲線。

為了改善振蕩器的頻率溫度特性，人們采用了許多補償辦法，其中，微機補償晶體振蕩器(Microcomputer?Compensated?Crystal?Oscillator,簡稱MCXO)就是其中之一。其思路是，在不同的溫度點，加載不同電壓于晶體振蕩器的負載變容二極管上，以便于將晶體振蕩器輸出頻率拉回到固定的值，通常命名此時的加載電壓為補償電壓。補償電壓隨溫度變化的曲線，如圖2所示。將補償曲線導入MCXO，工作時，MCXO以補償曲線為依據，根據溫度傳感器獲取的溫度信息輸出相應的補償電壓，從而達到修正晶體振蕩器輸出頻率的目的。

但是補償曲線的采樣點是有限的，如圖2中，方框所示位置，就是實驗獲取的采樣點。對于采樣點之間的位置，可采用直線段插值的方法來填充(MQ?Li,XH?Huang,“A?novel?microcomputer?temperature-compensating?method?for?an?overtone?crystal?oscillator”,IEEE?transaction?on?ferroelectrics?and?frequency?control,vol.52,No.11,pp.1919-1922,2005)。也可采用其他擬合插值的方法來填補采樣點與采樣點之間的空間，以提高精度。例如Micro?Analog?Systems公司出品的MAS6279、MAS6270采用多項式擬合插值來填補采樣點與采樣點之間的空間。即采用多項式函數基來擬合，且是5次多項式或者3次多項式。

3次多項式的形式為

f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³??????????(1)

5次多項式的形式為

f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵??????????(2)

其中，x為晶體振蕩器的環境溫度，f(x)為輸出的補償電壓。多項式的次數越高其參數(系數a₀～a_m)也就越多。同時，采用更高的次數，顯然其精度越高。因為如果高次項的系數為0的話，高次多項式就退化為低次多項式的形式。例如5次多項式中，如果a₄、a₅為0，就退化為3次多項式的形式。其實，5次多項式是包含3次多項式的，所以次數越高，精度越高。

然而次數越高，其參數也就越多。在將補償系統芯片化時，希望參數越少越好。例如Micro?Analog?Systems公司出品的MAS6279、MAS6270甚至都忽略了2次項a₂。也就是存在參數個數與補償精度相互競爭的矛盾，即參數越多精度越高。怎樣用盡量少的參數，取得更高的精度，是本發明需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種晶體振蕩器的溫度補償系統，以盡量少的參數，獲得更高的溫度補償精度。

為實現上述發明目的，本發明晶體振蕩器的溫度補償系統，包括壓控晶體振蕩器、溫度傳感器、ARM控制單元，其特征在于：

使用中，控制溫箱到具體的溫度點，PC通過ARM控制單元讀取溫度傳感器采集的溫箱溫度即壓控晶體振蕩器的環境溫度，同時通過頻率計讀出輸出頻率；PC通過ARM控制單元輸出補償電壓到壓控晶體振蕩器的負載變容二極管上，使得輸出頻率保持在設定值；

依次改變溫箱溫度，并輸出補償電壓進行補償，這樣得到一組溫度—補償電壓數據；