[發明專利]基于統計學的批量生產恒溫晶振的智能老化補償方法

在審

• 申請號: 201710801560.0
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107733368A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 苗苗;李智奇;張志娟;張藝;周渭;張雪萍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03B5/04
• 分類號: H03B5/04;G06F17/50
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108
• 代理人: 吳倩倩

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體涉及基于統計學的批量生產恒溫晶振的智能老化補償方法。

背景技術

精密晶體振蕩器是時頻測控方面的核心器件，在軍事及高性能時頻儀器設備中，對晶振的頻率穩定度、老化漂移率等特性參數的要求都是極高的。眾所周知，任何晶體振蕩器都存在老化漂移率漂移的現象，即晶振的輸出頻率隨工作時間的增加而呈現出緩慢單調變化(增大或者減少)的趨勢。雖然老化引起的頻率變化的絕對值并不大，但在對精度要求較高的場合，不允許在一段時間內表現出頻率值的較大漂移，因此會采取定期校準等措施。克服恒溫晶振頻率的老化問題，已成為當前國際時間頻率控制領域的一個研究熱點。

發明內容

為了解決晶振的老化對頻率的影響問題，本發明的目的在于提出基于統計學的批量生產恒溫晶振的智能老化補償方法，該方法針對批量生產的恒溫晶振進行老化漂移率補償。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方法予以實現。

一種基于統計學的批量生產恒溫晶振的智能老化補償方法，包括以下步驟，

步驟1：首先取同批量生產的所有恒溫晶振，上電后測量所有恒溫晶振的輸出頻率，并根據測得的輸出頻率獲取老化漂移率特性曲線；其中，恒溫晶振的數量為N個，N為大于等于30的整數；

步驟2：將步驟1獲得的老化漂移率特性曲線依據統計學理論對N個晶振的最后一組老化漂移率數據進行劃分；確定該批次老化漂移率主要變化區間，所述主要變化區間為[μ-σ,μ+σ]，其中μ是老化漂移率的均值，σ是老化漂移率的方差；提取出老化漂移率主要變化區間內M個晶振的老化漂移率數據并建立該批次晶振的老化預測模型，其中，M為大于等于1的整數；所述老化預測模型中包含一條老化特性實測曲線和一條老化特性預測曲線；

步驟3：根據步驟2得到的老化預測模型獲得M個晶振頻率修正數據，通過MCU構成的智能補償系統對晶振的老化特性進行智能補償。

優選的，在步驟1中，所述老化漂移率的獲取過程是：N個恒溫晶振上電后，在85℃高溫下加速老化8小時之后采集輸出頻率；第一個測得頻率記為f₀；之后每經過1小時記錄一個實時輸出頻率，并將每次測取的頻率記為f_i，其中，i＝1,…,N；則為晶振的瞬時相對頻偏；y_i(t)對t求導，得到該晶振的老化漂移率記為k；如公式(1)所示；

老化漂移率k_i表示在時間間隔dt內的瞬時相對頻偏的變化量；計算得到N個老化漂移率和測量天數，獲得該批次各晶振的老化漂移率特性曲線；該老化漂移率特性曲線中，橫坐標為老化時間，單位為小時；縱坐標為老化漂移率，單位為ppm。

優選的，在步驟2中，所述老化預測模型中老化特性預測曲線獲得的具體步驟是：取步驟2中182組頻率值，進行Savitzky-Golay濾波后，再利用公式(2)的數學模型擬合出老化特性預測曲線；

y＝a·x^0.1+b·x^0.2+c·x^0.3+d·x^0.4(2)

在公式(2)中，y是老化漂移率，單位為ppm；x是時間，單位為小時；a、b、c、d是待定系數，單位是ppm/h。

優選的，所述MCU構成的智能補償系統由MCU、恒溫箱以及頻率計數器組成；所述MCU的DAC輸出的控制電壓輸入恒溫箱內的恒溫晶振的壓控端；所述恒溫箱內的恒溫晶振的輸出端與頻率計數器電性連接。

優選的，在步驟3中所述的補償方法具體是：將待補償的恒溫晶振置于恒溫箱中，設定恒溫箱的溫度為25℃；MCU與恒溫晶振的壓控輸入端電性連接，其DAC輸出的控制電壓輸入恒溫晶振的壓控端以調整恒溫晶振輸出頻率；恒溫晶振的輸出端與頻率計數器電性連接；頻率計數器測量、顯示并存儲恒溫晶振的實時頻率；銣鐘與頻率計數器的參考頻率輸入端電性連接。

優選的，通過公式(3)計算DAC輸出的控制電壓；

其中，u是DAC輸出的控制電壓，單位是V；k和b是待定常數，單位分別是Hz/V和Hz；Δf＝f_i-f₀為預測頻率偏移量，單位是Hz，f_i是預測的輸出頻率，該值由預測曲線得到；f₀是標稱頻率。