[发明专利]一种基于数字电路的温度补偿晶体振荡器

说明书

技术领域

本发明属于晶体振荡器技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于数字电路的温度补偿晶体振荡器。

背景技术

温度补偿晶体振荡器(TCXO，Temperature Compensate Xtal(crystal)Oscillator)是一种能在较宽的温度范围内工作并通过一定的补偿方式而保持晶体振荡器的输出频率在一定的精度范围内(10^-6～10^-7量级)的晶体振荡器。它具有低功率，开机即能工作，而且具有高稳定性等特点，广泛应用于各种通信、导航、雷达、卫星定位系统、移动通信、程控电话交换机、各类电子测量仪表中。

现有的温度补偿晶体振荡器，本质上是带有温度补偿网络并由其产生与温度有关的补偿电压的压控晶体振荡器(Voltage Controlled Xtal(crystal)Oscillator，VCXO)。未补偿的压控晶体振荡器中的关键器件是采用AT切石英晶体，其温度特性曲线近似为一个三次曲线，可以表示为：

f(T)＝a₃(T-T₀)³+a₁(T-T₀)+a₀(1)

其中，a₃是三次系数项，a₁是一次系数项，a₀是温度在参考温度T₀时的振荡频率。

对于现有的压控晶体振荡器的频率线性增益特性可以近似表述如下：

f(VC)＝-G(VC-VC₀)+f₀(2)

其中，G是压控晶体振荡器的增益，VC是压控晶体振荡器的控制电压，VC₀是压控晶体振荡器的压控端的输入电压，f₀是输入为VC₀时的振荡频率。

那么，作为补偿晶振温度特性的补偿电压VC(T)的方程式可以表述为：

VC(T)＝A₃(T-T₀)³+A₁(T-T₀)+A₀(3)

此时，A₃＝a₃/G，A₁＝a₁/G，A₀是温度为T₀时的补偿电压。

为了实现方程式(3)，需要产生一个温度补偿电压加在压控晶体振荡器上进行温度补偿以抵消此频率温度特性，从而得到在较宽温度范围内的稳定的频率输出，达到温度补偿的目的。

图1是现有的一种基于数字电路的温度补偿晶体振荡器，其采用的数字式温度补偿过程是一种开环式的构架。如图1所示，它包括温度传感器及调理电路101、微处理器102、补偿网络103以及压控晶体振荡器104。温度T由温度传感器及调理电路101采集并进行调理而获得，然后送入微处理器102中根据温度在温度-补偿电压表进行查找，得到补偿电压值，然后补偿网络103将补偿电压值转换为补偿电压，输入到压控晶体振荡器104压控电压控制端，使其输出稳定频率的信号。可见，其是直接在(待补偿的)压控晶体振荡器104的压控电压控制端输入一个与温度相关的补偿电压达到温度补偿的目的。

其中，温度-补偿电压表是事先采集压控晶体振荡器104在不同温度下维持频率稳定需要补偿的电压而构建的。具体可以参见参考文献：

1、Huang X,Liu D,Wang Y,et al.100-MHz Low-Phase-Noise Microprocessor Temperature-Compensated Crystal Oscillator[J].Circuits&Systems II Express Briefs IEEE Transactions on,2015,62(7):636-640.；

2、“Temperature compensation for an oscillator crystal”，发明人：Markus Hammes等，美国专利公布号：US 20170085271A1，公布日期：2017年3月23日；