[发明专利]一种晶体振荡器的温度补偿系统

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，涉及一种晶体振荡器(Temperature Compensate Crystal Oscillator,以下简称TCXO)的温度补偿系统，用于改善温度补偿，提高晶体振荡器输出频率的温度稳定性。

背景技术

晶体振荡器广泛应用于电子信息产业，精密的晶体振荡器对通信、电子仪器、航空航天、国防军工等领域的技术发展有重要作用。

随着环境温度的变化，晶体振荡器输出频率会发生漂移。这种输出频率随温度变化的情况如图1所示，通常定义这种图形为频率—温度特性曲线。

为了改善振荡器的频率温度特性，人们采用了许多补偿办法，其中，微机补偿晶体振荡器(Microcomputer Compensated Crystal Oscillator,简称MCXO)就是其中之一。其思路是，在不同的温度点，加载不同电压于晶体振荡器的负载变容二极管上，以便于将晶体振荡器输出频率拉回到固定的值，通常命名此时的加载电压为补偿电压。补偿电压随温度变化的曲线，如图2所示。将补偿曲线导入MCXO，工作时，MCXO以补偿曲线为依据，根据温度传感器获取的温度信息输出相应的补偿电压，从而达到修正晶体振荡器输出频率的目的。

但是补偿曲线的采样点是有限的，如图2中，方框所示位置，就是实验获取的采样点。对于采样点之间的位置，可采用直线段插值的方法来填充(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)。也可采用其他拟合插值的方法来填补采样点与采样点之间的空间，以提高精度。例如Micro Analog Systems公司出品的MAS6279、MAS6270采用多项式拟合插值来填补采样点与采样点之间的空间。即采用多项式函数基来拟合，且是5次多项式或者3次多项式。

3次多项式的形式为：

f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³(1)

5次多项式的形式为：

f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+a₅x⁵(2)

其中，x为晶体振荡器的环境温度，f(x)为输出的补偿电压。多项式的次数越高其参数(系数a₀～a_m)也就越多。同时，采用更高的次数，显然其精度越高。因为如果高次项的系数为0的话，高次多项式就退化为低次多项式的形式。例如5次多项式中，如果a₄、a₅为0，就退化为3次多项式的形式。其实，5次多项式是包含3次多项式的，所以次数越高，精度越高。

然而次数越高，其参数也就越多。在将补偿系统芯片化时，希望参数越少越好。例如Micro Analog Systems公司出品的MAS6279、MAS6270甚至都忽略了2次项a₂。也就是存在参数个数与补偿精度相互竞争的矛盾，即参数越多精度越高。怎样用尽量少的参数，取得更高的精度，是晶体振荡器的温度补偿系统需要解决的问题。

在2015年03月25日公布的、申请公布号为CN104467816A的中国发明专利申请公布了一种“晶体振荡器的温度补偿系统”，采用傅里叶函数基进行拟合，得到函数基的参数，ARM控制单元根据函数基的参数，计算得到补偿曲线，在使用时，ARM控制单元通过温度传感器获得温箱温度，然后以补偿曲线为依据，根据温箱温度查找补偿电压，并经补偿电压加载到压控晶体振荡器的负载变容二极管上，修正晶体振荡器输出频率。该专利申请公布的“晶体振荡器的温度补偿系统”相对于现有的多项式拟合提高了温度补偿的精度。然而，在同样参数情况下，需要进一步提高温度补偿精度。

发明内容