一种晶体振荡器的数字温度补偿方法技术

技术编号:16400686 阅读:48 留言:0更新日期:2017-10-17 20:46
本发明专利技术公开了一种晶体振荡器的数字温度补偿方法,采用闭环反馈补偿构架。首先,确定目标频率f0对应的二进制编码B0i,并存入微处理器;当温度变化是,微处理器对VCXO的输出频率进行实时测量生成二进制编码B1i,并与目标频率对应的二进制编码进行比对,得到所需补偿信息的二进制编码;最后通过数模转换器转换成补偿电压输入到VCXO的压控调节端,使其输出目标频率,实现温度补偿。本发明专利技术与现有晶体振荡器的数字温度补偿方法相比,不需要温度传感器,而是直接将与温度实时相关的频率偏差转换为与之成一一对应关系二进制编码,并将其转换为对应的补偿电压进行温度补偿,克服了现有温度补偿晶体振荡器即TCXO中由于使用温度传感器和晶体谐振器温度变化不同步引起的温度迟滞问题。

A digital temperature compensation method for crystal oscillator

The invention discloses a digital temperature compensation method for crystal oscillator, which adopts closed loop feedback compensation frame. First, determine the binary encoding target frequency corresponding to the B0i F0, and stored in the microprocessor; when the temperature changes, the microprocessor output frequency of the VCXO real-time measurement for generating binary B1i encoding, binary encoding and corresponds to the target frequency compared to get binary encoding the desired compensation information; finally, the DAC converts voltage compensation the input to the VCXO voltage controlled by adjusting end, so that the output frequency of the target, to realize temperature compensation. Compared with digital temperature compensated crystal oscillator and the method of the invention, without temperature sensor, but directly to the conversion and the real-time temperature related frequency deviation is a one-to-one relationship with binary encoding, and convert it to a compensation voltage corresponding to the temperature compensation, overcomes the defects of the existing temperature compensated crystal oscillator is due to TCXO temperature hysteresis problems using asynchronous variation caused by the temperature sensor and the temperature of the crystal resonator.

【技术实现步骤摘要】
一种晶体振荡器的数字温度补偿方法
本专利技术属于晶体振荡器
,更为具体地讲,涉及一种。
技术介绍
温度补偿晶体振荡器(TCXO,TemperatureCompensateXtal(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(VoltageControlledXtal(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。目前,实现温度补偿晶体振荡器即TCXO的数字式温度补偿主要是由单片机对温度传感器进行数据采集并输出补偿电压,目前主要也分为两种方式:第一种是基于微处理器的温度补偿。图1是基于微处理器的温度补偿方式下的温度补偿晶体振荡器结构图,它是一种开环式的温度补偿构架。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压控电压控制端即其中的变容器件,当补偿电压改变,变容器件的电容值随之改变从而改变压控晶体振荡器的输出频率达到控制频率的目的。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。详细的描述可参见“刘海霞,杨宇,周渭.新型微机补偿晶体振荡器.仪器仪表学报.2002(S3):135-136.”第二种是基于混频的温度补偿。图2是基于混频的温度补偿方式下的温度补偿晶体振荡器结构图,它也是一种开环式的温度补偿构架。如图2所示,该温度补偿晶体振荡器通过温度传感器201和补偿频率发生电路202产生一个与需要补偿的石英晶体振荡器204产生的偏移频率绝对值相等符号相反的补偿频率信号,该补偿频率信号经过整波电路203整波后的信号与石英晶体振荡器204输出的未补偿频率信号在混频器205中进行混频并输出,再经过另一滤波器205后得到期望获得的已补偿后频率信号,从而达到温度补偿的目的。其中的补偿频率信号产生电路主要是由温度传感器、ADC、单片机、DAC构成。详细的描述可参见2009年03月18日授权公告的、公告号为CN100471035B的中国专利技术专利:一种石英晶体振荡器温度补偿方法,专利技术人为黄显核、黎敏强、付玮、谭锋,申请号/授权号:CN200410022680.3”。该方式在实现高频温度补偿晶体振荡器即TCXO时在相位噪声特性上有优势,但是构成比较复杂,目前还未被广泛应用。综上,现有的晶体振荡器温度补偿方法,都是采用开环式补偿构架,都要用到温度传感器,该温度传感器在电路上尽可能的靠近晶体谐振器,而晶体谐振器的谐振晶片是被单独封装在密闭空间内,这就使得温度传感器与谐振晶片之间不可避免的产生了温度迟滞,导致温度补偿晶体振荡器即TCXO的频率温度特性一直未能取得突破。特别是对于输出信号为高频的晶体振荡器,这种温度迟滞问题更为严重,补偿精度有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种晶体振荡器的数字温度补偿方法,以避免温度传感器引起的温度迟滞效应即传感器采集温度与谐振晶片的实时温度不一致而带来的输出信号频谱误差问题。为实现上述专利技术目的,本专利技术晶体振荡器的数字温度补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、确定目标频率f0对应的二进制编码B0i在常温T0,如25℃下,调整压控晶体振荡器即VCXO压控端的控制电压使其输出目标频率f0,然后通过微处理器进行频率测量,并将目标频率f0的二进制编码B0i保存以便进行比对和运算;(2)、确定当前时刻频率偏移Δf(T)对应的二进制编码由于温度的变化,压控晶体振荡器即VCXO的输出频率为f(T)=f0±Δf(T),其中,频率f(T)是未补偿而需要补偿的实时输出频率,f0是期望压控晶体振荡器输出的目标频率,Δf(T)是由温度变化引起的频率偏移,它是一个函数,随温度的变化而变化,如果输出频率升高,则f(T)=f0+Δf(T),如果输出频率降低,则f(T)=f0-Δf(T),将压控晶体振荡器即VCXO实时输出的频率为f(T)的信号送入微处理器中进行频率测量并转换为二进制编码B1i,然后将二进制编码B1i与目标频率f0对应的二进制编码B0i进行比对,得到频率偏移Δf(T)对应的二进制编码ΔB1i;(3)、确定补偿电压VC在步骤(2)的基础上,首先确定补偿电压所对应的二进制编码:若实时输出频率f(T)>f0,则微处理器输出Bout=B0i-ΔB1i;若实时输出频率f(T)<f0,则微处理器输出Bout=B0i+ΔB1i,然后通过数模转换器将微处理器输出Bout转换为对应的补偿电压(4)、调理补偿将步骤(3)产生的补偿电压经过信号调理电路之后,送到压控晶体振荡器即VCXO的压控电压输入端,最后得到期望获得的已补偿频率f’(T)即目标频率f0;(5)、重复步骤(2)-(4)就可以得到另一温度下获得补偿的频率f’(T)信号,依次类推,就可以实现对高频压控晶体振荡器的实时温度补偿。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术晶体振荡器的数字温度补偿方法采用闭环反馈补偿构架。首先,确定目标频率f0对应的二进制编码B0i,并存入微处理器;当温度变化是,微处理器对VCXO的输出频率进行实时测量生成二进制编码B1i,并与目标频率对应的二进制编码进行比对,得到所需补偿信息的二进制编码;最后通过数模转换器转换成补偿电压输入到VCXO的压控调节端,使其输出目标频率,实现温度补偿。本专利技术与现有晶体振荡器的数字温度补偿方法相比,具有以下技术优点:1)、不需要温度传感器,而是直接将与温度实时相关的频率偏差转换本文档来自技高网
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一种晶体振荡器的数字温度补偿方法

【技术保护点】
一种晶体振荡器的数字温度补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、确定目标频率f0对应的二进制编码B0i在常温T0,如25℃下,调整压控晶体振荡器即VCXO压控端的控制电压

【技术特征摘要】
1.一种晶体振荡器的数字温度补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、确定目标频率f0对应的二进制编码B0i在常温T0,如25℃下,调整压控晶体振荡器即VCXO压控端的控制电压使其输出目标频率f0,然后通过微处理器进行频率测量,并将目标频率f0的二进制编码B0i保存以便进行比对和运算;(2)、确定当前时刻频率偏移Δf(T)对应的二进制编码由于温度的变化,压控晶体振荡器即VCXO的输出频率为f(T)=f0±Δf(T),其中,频率f(T)是未补偿而需要补偿的实时输出频率,f0是期望压控晶体振荡器输出的目标频率,Δf(T)是由温度变化引起的频率偏移,它是一个函数,随温度的变化而变化,如果输出频率升高,则f(T)=f0+Δf(T),如果输出频率降低,则f(T)=f0-Δf(T),将压控晶体振荡器即VCXO实时输出的频率为f(T)的信号送入微处...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭峰叶芃邱渡裕赵勇蒋俊黄武煌杨扩军唐科
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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