一种高精度石英晶体振荡器结构及其实现方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度石英晶体振荡器结构及其实现方法，该振荡器结构包括外恒温槽、内恒温槽以及电子电路结构；电子电路结构包括单片机和与单片机分别连接的放大调理及A/D转换电路、数字式温度传感器、限流电阻和D/A转换器；利用铝合金体填充内恒温槽空腔，使电子电路结构传热方式变为热传导，传热更快，没有方向性，因而控温更加准确。本发明专利技术同时通过修正石英晶体振荡器的频温曲线，使其控温区间为0.04℃—0.2℃，最好为0.1℃，温度只要进入这个范围就能使频率稳定度达到8×10‑10。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种石英晶体振荡器结构，具体涉及一种高精度石英晶体振荡器结构及其实现方法。

技术介绍

石英晶体振荡器是目前精确度和准确度最高的振荡器，被广泛应用于移动电话系统、远程通信、卫星通信、全球定位系统(GPS)、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中，作为标准频率源或脉冲信号源提供频率基准，是其它各种类型的振荡器无法取代的。石英晶体本身的频率容差，负载特性，温度稳定性以及老化特性等都应相适应晶体振荡器电路的频率稳定性，因此可通过控制温差的大小使温度稳定在较小的范围内。目前恒温晶振的频率稳定度可以达到10-9，可进行正常使用，但对于频率要求高的系统还是需要使用原子钟等高成本器件。

技术实现思路

本专利技术提供一种高精度石英晶体振荡器结构及其实现方法，通过将石英晶体谐振器镶嵌于内恒温槽内的铝合金体中，使其保持良好的热接触。同时通过修正频温曲线的方法使得恒温石英晶体振荡器获得了更高的精度，在宽的温度范围内频率的稳定度达到8×10-10。
为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
一种高精度石英晶体振荡器结构，包括外恒温槽和内恒温槽以及电子电路结构；所述电子电路结构包括单片机；所述单片机分别连接有放大调理及A/D转换电路、数字式温度传感器、限流电阻和D/A转换器；所述放大调理及A/D转换电路上连接有铂电阻；所述限流电阻上分别连接有内恒温槽加热晶体管和外恒温槽加热晶体管；所述内恒温槽内设置有石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器包括微调电容和放大器和电子元件共同组成石英晶体振荡器；所述石英晶体谐振器上串联有变容二级管，所述变容二级管阳极另一端连接于所述放大器和电子元件上；所述D/A转换器输出经由滤波器连接于所述变容二级管的阴极；所述内恒温槽的空腔中填充有铝合金体；所述石英晶体谐振器镶嵌于铝合金体中，所述铂电阻镶嵌于所述铝合金体中，所述内恒温槽加热晶体管设置于所述铝合金体上表面。
所述外恒温槽和内恒温槽之间填充有发泡聚氨酯。
一种高精度石英晶体振荡器结构的实现方法，依次包括如下步骤：
一、找到频温曲线0导数点20对应的温度即为内恒温槽温度；
二、将上述温度降低0.8℃-2℃得到外恒温槽的温度，然后降低所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃即为21点对应温度；
三、调整所述微调电容使振荡电路输出信号的频率等于石英晶体振荡器的标称频率；
四、升高内恒温槽温度0.003℃-0.01℃，通过所述单片机使用试探法找寻一个修正数据，输入所述D/A转换器，所述D/A转换器的输出信号经过所述滤波器加于所述变容二级管的阴极使振荡电路输出信号的频率刚好等于振荡器的标称频率；
五、重复步骤四，直至其温度高于所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃，即为频温曲线的22点所对应的温度；由此找到一组石英晶体振荡器的修正数据；
六、将所述一组石英晶体振荡器的修正数据固化于所述单片机中，振荡器上电后内外恒温槽自动恒温，当内恒温槽温度进入0导数点20的温度±0.02℃-0.1℃区间后单片机测得当下的温度，依所述温度利用所述一组石英晶体振荡器的修正数据进行插值运算得到所述温度下的修正数据，将此数据送入所述D/A转换器其输出信号最终加于变容二级管将所述石英晶体振荡器的振荡频率修正到标称值。
一种高精度石英晶体振荡器结构的实现方法，依次包括如下步骤：
一、找到频温曲线0导数点20对应的温度即为内恒温槽温度，将上述温度降低0.8℃-2℃得到外恒温槽温度；
二、调整所述微调电容使振荡电路输出信号的频率等于石英晶体振荡器的标称频率，降低所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃即为23点对应温度；
三、通过所述单片机使用试探法找寻一个修正数据，输入所述D/A转换器，所述D/A转换器的输出信号经过所述滤波器加于所述变容二级管的阴极使振荡电路输出信号的频率刚好等于振荡器的标称频率；
四、升高内恒温槽温度0.003℃-0.01℃，重复步骤三，直至其温度高于所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃，即为频温曲线的24点所对应的温度；由此找到所述一组石英晶体振荡器的修正数据；
五、将所述一组石英晶体振荡器的修正数据固化于所述单片机中，振荡器上电后内外恒温槽自动恒温，当内恒温槽温度进入0导数点20的温度±0.02℃-0.1℃区间后单片机测得当下的温度，依所述温度利用所述一组石英晶体振荡器的修正数据进行插值运算得到所述温度下的一个修正数据，将此数据送入所述D/A转换器其输出信号最终加于变容二级管将所述石英晶体振荡器的振荡频率修正到标称值。
所述外恒温槽温度为所述频温曲线0导数点20的温度降低1℃。
所述频温曲线的21点温度为所述频温曲线0导数点20的温度降低0.05℃；所述频温曲线的23点温度为所述频温曲线0导数点20的温度降低0.05℃。
所述升高内恒温槽温度每次为0.005℃。
所述频温曲线的22点所对应的温度为高于所述频温曲线0导数20点0.05℃；所述频温曲线的24点所对应的温度为高于所述频温曲线0导数20点0.05℃。
与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
本专利技术利用铝合金体填充内恒温槽空腔，使传热方式变为热传导，传热更快，没有方向性，因而控温更加准确；
同时通过修正石英晶体振荡器的频温曲线，使其控温区间为0.04℃—0.2℃，最好为0.1℃，温度只要进入这个范围就能使频率稳定度达到8×10-10。
附图说明
图1为本专利技术电路图；
图2为本专利技术结构图；
图3为本专利技术的修正频温曲线1；
图4为为本专利技术的修正频温曲线2；
图中，1-外恒温槽，2-内恒温槽，3-单片机，4-石英晶体振荡器，5-放大调理及A/D转换电路，6-数字式温度传感器，7-限流电阻，8-D/A转换器，9-铂电阻，10-内恒温槽加热晶体管，11-外恒温槽加热晶体管，12-微调电容，13-放大器和电子元件，14-变容二极管，15-滤波器，16-铝合金体，17-发泡聚氨酯。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。
参见图1-2，本专利技术实施例提供一种高精度石英晶体振荡器，包括外恒温槽1和内恒温槽2以及电子电路结构；所述电子电路结构包括单片机3；所述单片机3分别连接有放大调理及A/D转换电路5、数字式温度传感器6、限流电阻7和D/A转换器8；所述放大调理及A/D转换电路5上连接有铂电阻9；所述限流电阻7上分别连接有内恒温槽加热晶体管10和外恒温槽加热晶体管11；所述内恒温槽2内设置有石英晶体谐振器4，所述石英晶体谐振器4包括微调电容12和放大器和电子元件13共同组成石英晶体振荡器；所述石英晶体谐振器4上串联有变容二级管14，所述变容二级管14阳极另一端连接于所述放大器和电子元件13上；所述D/A转换器8输出经由滤波器15连接于所述变容二级管14的阴极；所述内恒温槽2的空腔中填充有铝合金体16；所述石英晶体谐振器4镶嵌于铝合金体16中，所述铂电阻9镶嵌于所述铝合金体16中，所述内恒温槽加热晶体管10设置于所述铝合金体16上表面。所述外恒温槽1和内恒温槽2之间填充有发泡聚氨酯17。
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【技术保护点】
一种高精度石英晶体振荡器结构，包括外恒温槽（1）和内恒温槽（2）以及电子电路结构；所述电子电路结构包括单片机（3）；所述单片机（3）分别连接有放大调理及A/D转换电路（5）、数字式温度传感器（6）、限流电阻（7）和D/A转换器（8）；所述放大调理及A/D转换电路（5）上连接有铂电阻（9）；所述限流电阻（7）上分别连接有内恒温槽加热晶体管（10）和外恒温槽加热晶体管（11）；所述内恒温槽（2）内设置有石英晶体谐振器（4），所述石英晶体谐振器（4）包括微调电容（12）和放大器和电子元件（13）共同组成石英晶体振荡器；其特征在于：所述石英晶体谐振器（4）上串联有变容二级管（14），所述变容二级管（14）阳极另一端连接于所述放大器和电子元件（13）上；所述D/A转换器（8）输出经由滤波器（15）连接于所述变容二级管（14）的阴极；所述内恒温槽（2）的空腔中填充有铝合金体（16）；所述石英晶体谐振器（4）镶嵌于铝合金体（16）中，所述铂电阻（9）镶嵌于所述铝合金体（16）中，所述内恒温槽加热晶体管（10）设置于所述铝合金体（16）上表面。

【技术特征摘要】
1.一种高精度石英晶体振荡器结构，包括外恒温槽（1）和内恒温槽（2）以及电子电路结构；所述电子电路结构包括单片机（3）；所述单片机（3）分别连接有放大调理及A/D转换电路（5）、数字式温度传感器（6）、限流电阻（7）和D/A转换器（8）；所述放大调理及A/D转换电路（5）上连接有铂电阻（9）；所述限流电阻（7）上分别连接有内恒温槽加热晶体管（10）和外恒温槽加热晶体管（11）；所述内恒温槽（2）内设置有石英晶体谐振器（4），所述石英晶体谐振器（4）包括微调电容（12）和放大器和电子元件（13）共同组成石英晶体振荡器；其特征在于：所述石英晶体谐振器（4）上串联有变容二级管（14），所述变容二级管（14）阳极另一端连接于所述放大器和电子元件（13）上；所述D/A转换器（8）输出经由滤波器（15）连接于所述变容二级管（14）的阴极；所述内恒温槽（2）的空腔中填充有铝合金体（16）；所述石英晶体谐振器（4）镶嵌于铝合金体（16）中，所述铂电阻（9）镶嵌于所述铝合金体（16）中，所述内恒温槽加热晶体管（10）设置于所述铝合金体（16）上表面。
2.如权利要求1所述的一种高精度石英晶体振荡器结构，其特征在于：所述外恒温槽（1）和内恒温槽（2）之间填充有发泡聚氨酯（17）。
3.一种高精度石英晶体振荡器结构的实现方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
一、找到频温曲线0导数点20对应的温度即为内恒温槽温度；
二、将上述温度降低0.8℃-2℃得到外恒温槽（1）的温度，然后降低所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃即为21点对应温度；
三、调整所述微调电容（12）使振荡电路输出信号的频率等于石英晶体振荡器的标称频率；
四、升高内恒温槽温度0.003℃-0.01℃，通过所述单片机（3）使用试探法找寻一个修正数据，输入所述D/A转换器（8），所述D/A转换器（8）的输出信号经过所述滤波器（15）加于所述变容二级管（14）的阴极使振荡电路输出信号的频率刚好等于振荡器的标称频率；
五、重复步骤四，直至其温度高于所述频温曲线0导数点20的温度0.02℃-0.1℃，即为频温曲线的22点所对应的温度；由此找到一组石英晶体振荡器的修正数据；
六、将所述一组石英晶体振荡器的修正数据固化于所述单片机（3）中，振荡器上电后内外恒温槽自动恒温，当内恒温槽温度进入0导数点20的温度±0.02℃-0.1℃区间后单片机测得当下的温度，依所述温度利用所述一组石...

【专利技术属性】
技术研发人员：周芸，雒明世，王青岳，路青起，牛艳蓉，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61