[發明專利]溫度補償晶體振蕩器

在審

• 申請號: 201710914920.8
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107733369A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 牟端
• 申請（專利權）人: 牟端
• 主分類號: H03B5/04
• 分類號: H03B5/04
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司52002
• 代理人: 袁慶云

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體來說涉及一種溫度補償晶體振蕩器。

背景技術

晶體振蕩器在電子產品中有著廣泛的應用，它常常被稱之為電子產品的心臟，它的輸出頻率的穩定性直接影響到電子系統的性能好壞。隨著近年來通訊行業，北斗GPS衛星導航行業，信號發生器和數字頻率計等儀器儀表行業的發展，都需要較高輸出頻率穩定度的晶體振蕩器來為電子系統提供精密的標準頻率和時間基準，如果作為上述設備中主要的標準頻率和時間基準的晶體振蕩器的頻率不穩，就會直接影響通訊系統的穩定性、衛星定位的精確性、測量儀器的測量精度。自從晶體振蕩器問世近百年來，人們一直在研究不斷提高晶體振蕩器的輸出頻率穩定度，由于現在晶體振蕩器里使用的晶體諧振器其諧振頻率隨溫度的變化而變化，不管是常用的AT 切型和SC切型，還是別的X、DT、CT、XY等切型，在較大的溫度范圍內它們的頻率都隨溫度有較大的變化，特別是在溫度T距晶體諧振器的參考點溫度T0越遠的溫度區，晶體諧振器的諧振頻率隨單位溫度變化的變化量就越大，因此人們使用了溫度補償等技術來提高晶體振蕩器的輸出頻率穩定度，但是目前技術仍然滿足不了電子產品系統對較寬溫度范圍內有較高輸出頻率穩定度的要求，例如，大量使用的X切型32.768 KHz時鐘晶體諧振器，它的溫度頻率特征曲線如圖1所示，參考點溫度T0通常選在25℃，這樣，在低溫端部分和高溫端部分，T-T0之差值較大，因此，每度溫差內晶體諧振器振動頻率f與設定頻率fidea之差就會很大，從而使得在這些溫度區間內，晶體振蕩器的輸出頻率精度大大降低。當T0為25℃，在125℃和124℃間△f/fidea的變化量約為 8ppm, 在此處溫補晶體振蕩器要得到△f/fidea為 0.5ppm 的精度，則對溫度精度的測量要達到約0.05度的精度用于溫度補償，這在實際的溫補晶體振蕩器中是很難實現的。因此我們需要研究新的技術來滿足市場對更高精度的晶體振蕩器的需求。

現在許多電子系統，例如手機，衛星導航GPS,北斗模塊等都同時需要一個時間頻率（通常32.768 KHz時鐘晶體振蕩器）和一個射頻參考頻率（通常是溫度補償晶體振蕩器TCXO）, 他們各自獨立的工作，其中TCXO由于其對相位噪聲的高要求，使其很難用數字化的溫度補償晶體振蕩器DTCXO補償方式來在寬的溫度范圍內保持高的頻率穩定性，而不得不用復雜的模擬電路補償，導致系統成本居高不下。

手機，衛星導航GPS、北斗模塊等中對時鐘時頻和射頻參考TCXO的頻率穩定度要求都高，但晶體諧振器頻率老化引起的頻率漂移遠大于它們允許的范圍，例如，對射頻參考頻率F2的頻率變化要求是小于0.5ppm, 但晶體諧振器的頻率老化漂移就會到達2ppm 至3ppm一年，由于沒有老化補償功能，導致整個系統性能的下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種極大提高了系統的精度和長期可靠性的溫度補償晶體振蕩器。

本發明目的及解決其主要技術問題是采用以下技術方案來實現的：

本發明的一種溫度補償晶體振蕩器，包含兩個同樣切型的晶體諧振器，它們的參考點溫度不同分別為T01、T02，其中T01<T02，在溫度小于設定溫度Ts時，用晶體諧振器A輸出頻率F1，溫度大于設定溫度Ts時，用晶體諧振器B輸出頻率F1。

上述的溫度補償晶體振蕩器，其中：頻率F1通過基于鎖相環技術的頻率合成器生成頻率F2。

上述的溫度補償晶體振蕩器，其中：基于鎖相環技術的頻率合成器可選擇壓控振蕩器VCO或壓控晶體振蕩器VCXO。

上述的溫度補償晶體振蕩器，其中：用1PPS信號對頻率F1、頻率F2的老化進行補償。

上述的溫度補償晶體振蕩器，其中：包含三個同樣切型的晶體諧振器，它們的參考點溫度不同分別為T01、T02、T03，T01<T02<T03，在溫度小于較低設定溫度Ts1時，用晶體諧振器A輸出頻率F1，在Ts1<T<Ts2用晶體諧振器B輸出頻率F1，在較高設定溫度Ts2<T用晶體諧振器C輸出頻率F1（參見圖7）。