[实用新型]高精度软同步微机补偿晶体振荡器

说明书

技术领域

本实用新型涉及晶体振荡器(以下简称晶振)，特别涉及高精度软同步微机补偿晶体振荡器(以下简称新型MCXO)。

背景技术

现有技术中晶振的频率-温度特性如下：没有采用任何补偿措施的晶振，其频率-温度特性主要由石英晶体谐振器(以下简称晶体)本身的频率-温度特性决定。晶体的谐振频率随环境温度变化的特性方程可写为：

Δf/f0＝(f-f0)/f0＝a0(T-T0)+b0(T-T0)²+b0(T-T0)³，

式中：T为任一温度，T0为参考温度，f0为T0时的频率，f为T时的频率a0、b0、C0为参考温度T0时的一级、二级和三级频率温度系数，它与石英晶片的方位及震动形式有关。由此可见，频率-温度特性是晶体的固有特性，呈现三次曲线关系，在相同的环境温度下，晶体具有的固有谐振频率是可以重复出现的，频率重现性误差很小。现有技术中的温度补偿式晶振(以下简称TCXO)，一般由晶体封装、温度补偿电路、外部端子、温度补偿元件、用于覆盖板表面的树脂模铸部分等。但是现有的TCXO由于受所采用的温度补偿电路本身的限制，其补偿精度不高。目前也出现了软件补偿式晶振，例如一种通过采集晶体的当前温度的测量和记录与真实频率偏移的测量数据，然后以该数据为依据用来产生一个九阶多项式，再依据其描述晶体随温度的频率漂移，在本地参考振荡器未锁定时的接收机初始化期间，测量环境温度并用来索引该九阶多项式以估算实际的晶体频率。但是这种方法对于设备及程序的要求均较高，体积大，算法也较为落后，并不能解决温度传感器与晶体片感应的温度变化在速度和精度上不完全一致的问题。

实用新型内容

本实用新型目的是解决了现有温度传感器与晶片感应的温度变化在速度和精度上不完全一致的技术不足；提供一种内置有高速的频率自动采集电路、使晶体和传感器的温度变化能够同步的新型MCXO。

本实用新型实现上述目的，所提供的技术方案是：

一种高精度软同步微机补偿晶体振荡器，包括一晶体振荡器，其频率输出端连接一频率输出电路，其特征在于：设有一测温电路、一单片机、一温度电压数据存储模块、一数模转换器、一电压变换电路；所述温度电压数据存储模块、测温电路分别与单片机输入端连接；单片机包含PWM方波模块，单片机用于采用同步算法控制测温电路与晶体振荡器的温度在变化速度和精度上保持一致，单片机的PWM方波输出端经数模转换器、电压变换电路与晶体震荡器的温度补偿输入端连接。

所述温度电压数据存储模块为预先测试好并存储的温度电压对应数据的EEPROM存储器。

所述晶体振荡器为压控晶体振荡器(以下简称VCXO)，由反相器、三极管或专用振荡芯片构成。

所述在频率输出电路中包含放大电路、整形输出电路，单片机频率输出端经放大电路连接整形输出电路。

所述设一通讯输入线及接口，其连接单片机的通讯端口与测试设备。

所述电压输入线经另一电压变换器与晶体振荡器的电压输入端连接。

所述MCXO依据的原理如下：由于频率-温度特性是晶体的固有特性，在相同的环境温度下，晶体具有的固有谐振频率是可以重复出现的，频率重现性误差很小，设计优良的电路，一般可以达到±0.01ppm。新型MCXO工作时，在任一个温度点上都给出一个固定的补偿值，就可以将MCXO的输出频率校准到中心频率，获得优良的频率-温度特性。根据晶体的上述特性，我们可以模拟新型MCXO的实际工作环境温度，在不同的温度点下测试出需要的补偿电压，然后计下这一对温度电压数据。通过计算和实践经验，在全温度范围内我们一般以1～5℃做为一个测试温度间隔，在低温和高温段间隔较密，采集20～40对温度-电压数据，形成补偿数据表，测试结束后将数据表写入存储器内即为新型MCXO成品。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型提供的新型MCXO采用微处理器作为核心控制器件，对晶振的频率-温度特性进行补偿。工作时高精度数字温度传感器能够精确感应环境温度，微处理器读取该数字温度值，在预先测试好并存储于EEPROM中的温度-电压数据表中查找相应的数字电压数据，通过拟合算法，经过D/A转换和电压变换后输出模拟电压，控制MCXO的输出频率，并通过单片机软件的同步算法控制数字温度传感器与晶体片的温度在变化速度和精度上保持一致，从而使MCXO具有优良的频率温度特性，能更广泛地适应环境温度以及开机即用的要求。通过配套开发的新型MCXO测试仪器，与MCXO通信接口配合，可以使其实现规模化生产。