一种晶体振荡器的温度补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种晶体振荡器的温度补偿系统，采用正弦函数之和的形式进行温度补偿电压的拟合，相较于多项式形式，正弦函数之和的形式，同等参数个数下，高次项信息更丰富。和傅里叶函数相比，虽然两种拟合方法都包含高次多项式信息，但是其多项式的分布(在n≠∞时)是不一致的。即在参数个数有限的情况下，拟合曲线是不一致的，正弦函数之和具有更高的温度补偿精度。同时，实验表明，正弦函数之和的形式更加适用于AT切石英晶体。

Temperature compensation system of crystal oscillator

The invention discloses a temperature compensation system for crystal oscillator, fitted by sine function and the form of the temperature compensation voltage, compared with sine function and polynomial form, the form, the number of the same parameters, the high-order information more abundant. Compared with the Fu Liye function, although the two fitting methods are polynomial information, but the distribution of polynomials (n = 3) is not consistent. That is, when the number of parameters is limited, the fitting curve is inconsistent, and the sum of sine function has higher temperature compensation precision. At the same time, the experimental results show that the sum of sine function is more suitable for AT cut quartz crystal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体振荡器
，更为具体地讲，涉及一种晶体振荡器(TemperatureCompensateCrystalOscillator,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。
技术介绍
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(MicrocomputerCompensatedCrystalOscillator,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(MQLi,XHHuang,“Anovelmicrocomputertemperature-compensatingmethodforanovertonecrystaloscillator”,IEEEtransactiononferroelectricsandfrequencycontrol,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MicroAnalogSystems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～am)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MicroAnalogSystems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的中国专利技术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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种晶体振荡器的温度补偿系统，以同等参数个数，取得较高温度补偿精度，获得更高的温度补偿精度，从而进一步地改善振荡器输出频率的温度稳定性。为实现上述专利技术目的，本专利技术晶体振荡器的温度补偿系统，包括压控晶体振荡器、温度传感器、ARM控制单元；使用中，控制温箱到具体的温度点，PC通过ARM控制单元读取温度传感器采集的温箱温度即压控晶体振荡器的环境温度，同时通过频率计读出输出频率；PC通过ARM控制单元输出补偿电压到压控晶体振荡器的负载变容二极管上，使得输出频率保持在设定值；依次改变温箱温度，并输出补偿电压进行补偿，这样得到一组温度—补偿电压数据；其特征在于，PC根据所述的一组温度—补偿电压数据，用正弦函数之和的形式进行拟合，得到函数基的参数，然后送入ARM控制单元；ARM控制单元根据函数基的参数，计算得到补偿曲线；所述的正弦函数之和为：F(x)＝a1sin(b1x+c1)+a2sin(b2x+c2)+…+ansin(bnx+cn)其中，x为晶体振荡器的环境温度，F(x)为输出的补偿电压，a1、b1、c1，a2、b2、c2，an、bn、cn函数基的参数，n为正弦函数的项数；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。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术采用正弦函数之和的形式进行温度补偿电压的拟合，相较于多项式形式，正弦函数之和的形式，同等参数个数下，高次项信息更丰富。和傅里叶函数相比，虽然两种拟合方法都包含高次多项式信息，但是其多项式的分布(在n≠∞时)是不一致的。即在参数个数有限的情况下，拟合曲线是不一致的，正弦函数之和具有更高的温度补偿精度。同时，实验表明，正弦函数之和的形式更加适用于AT切石英晶体。附图说明图1是晶体振荡器的频率—温度特性曲线图；图2是晶体振荡器补偿电压随温度变化的曲线示意图；图3是晶体振荡器温度补偿系统一种具体实施方式的原理框图；图4是现有的晶体振荡器温度补偿系统中多项式与傅里叶进行补偿的对照曲线图；图5是本专利技术晶体振荡器温度补偿系统与多项式拟合进行补偿的对照曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。本专利技术设计了一种用同等参数个数，取得较高补偿精度的晶体振荡器的温度补偿系统。使用本系统，可以在采用同等参数个数情况下，提高补偿精度，从而进一步改善晶体振荡器输出频率的温度稳定性。正弦函数可以展开为如下的级数形式：函数用正弦函数之和形式可表示为：F(x)＝a1sin(b1x+c1)+a2sin(b2x+c2)+…+ansin(bnx+cn)(4)将(3)带入(4)得到：用二项式定理展开幂级数项，整理得到进一步化简为由此可见，正弦函数之和的形式可以表达为多项式形式。因而，正弦函数之和的形式也可以用来拟合补偿曲线。相较于多项式形式，正弦函数之和的形式，同等参数个数下，高次项信息更丰富。和傅里叶函数相比，虽然两种拟合方法都包含高次多项式信息，但是其多项式的分布(在n≠∞时)是不一致的。即在参数个数有限的情况下，拟合曲线是不一致的。实验表明，正弦函数之和的形式更加适用于AT切石英晶体。图3是晶体振荡器温度补本文档来自技高网...

【技术保护点】
晶体振荡器的温度补偿系统，包括压控晶体振荡器、温度传感器、ARM控制单元；使用中，控制温箱到具体的温度点，PC通过ARM控制单元读取温度传感器采集的温箱温度即压控晶体振荡器的环境温度，同时通过频率计读出输出频率；PC通过ARM控制单元输出补偿电压到压控晶体振荡器的负载变容二极管上，使得输出频率保持在设定值；依次改变温箱温度，并输出补偿电压进行补偿，这样得到一组温度—补偿电压数据；其特征在于，PC根据所述的一组温度—补偿电压数据，用正弦函数之和的形式进行拟合，得到函数基的参数，然后送入ARM控制单元；ARM控制单元根据函数基的参数，计算得到补偿曲线；所述的正弦函数之和为：F(x)＝a1 sin(b1x+c1)+a2 sin(b2x+c2)+…+an sin(bnx+cn)；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。。

【技术特征摘要】
1.晶体振荡器的温度补偿系统，包括压控晶体振荡器、温度传感器、ARM控制单元；使用中，控制温箱到具体的温度点，PC通过ARM控制单元读取温度传感器采集的温箱温度即压控晶体振荡器的环境温度，同时通过频率计读出输出频率；PC通过ARM控制单元输出补偿电压到压控晶体振荡器的负载变容二极管上，使得输出频率保持在设定值；依次改变温箱温度，并输出补偿电压进行补偿，这样得到一组温度—补偿电压数据；其特征在于，PC根据所述的一组温度—补偿电压数据，用正弦函数之和的形式进行拟合，得到函数基的参数，然后送入ARM控制单元；A...

【专利技术属性】
技术研发人员：付玮，刘东，黄显核，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51