高稳定度恒温晶体振荡器及提高晶体振荡器稳定度的方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定度恒温晶体振荡器，包括普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件及温控电路，所述的半导体致热/冷元件置于普通恒温晶体振荡器之上，测温元件置于半导体致热/冷元件元件之下；所述普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件封装于真空封装外壳内且均与温控电路电连接；所温控电路外置于真空封装外壳。本发明专利技术还公开了一种提高晶体振荡器稳定度的方法。本发明专利技术装置及方法由于使用了半导体致热/冷元件进行一次恒温，并对温控电路以外的元件一起进行了真空封装，不仅可以缩短晶体振荡器的启动时间，更可以提高晶体的温度稳定性，从而达到进一步提高晶体振荡器的稳定度的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体振荡器
，具体涉及一种高稳定度恒温晶体振荡器及提高晶体振荡器稳定度的方法。
技术介绍
石英晶体振荡器因其低成本、高频率稳定度的特点，一直在电子
中占据着重要地位。尤其是随着信息技术(IT)产业的高速发展，石英晶体振荡器在远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统(GPS)、导航、遥感、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及各类消费民用电子产品中，均广泛被用作标准频率源或脉冲信号源。石英晶体振荡器有非常好的短稳特性，且某些长稳较好的晶振，其老化率可以接近甚至超越某些原子频标的水平。高稳定度频率源是高速率、高质量信号传输的保证。随着现代通信技术的发展，尤其是高速率光纤通信技术、无线通信技术的迅速发展，对频率源的稳定度提出了越来越高的要求。石英振荡器有普通晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器、压控晶体振荡器以及恒温晶体振荡器等，而在所有的石英晶体振荡器中，频率稳定度最高的是恒温晶体振荡器。在所有需要高精度频率源的场合，恒温晶体振荡器都有潜在的应用价值。然而，恒温晶体振荡器的频率稳定性主要取决于所用石英晶体的温度稳定性，石英晶体温度的细微变化又将会对恒温晶体振荡器频率稳定性产生较大影响。于是，恒温晶体振荡器利用恒温槽使石英晶体的温度保持恒定，从而将由于周围温度变化引起的振荡器输出频率稳定度的变化降低到最小。在现有技术中，一般的恒温晶体振荡器均采用单一恒温槽进行石英晶体恒温；更高频率稳定度的恒温晶体振荡器则会含有两个恒温槽分别对振荡器内部的石英晶体进行内、外部恒温。目前，为了实现所述的恒温，现有的恒温晶体振荡器要想达到要标称的稳定度，其启动时间一般较长，这主要是因为所采用的加热元件为电阻式加热器件。此外，由于现有的恒温晶体振荡器封装为普通封装形式，其受外部温度变化的影响也较大。因此，现有的恒温晶体振荡器的稳定度限制了其在诸如科学研究、高精度定位以及频率标准应用等场合的应用。因此，有必要提供一种方法来克服上述缺陷从而提升现有恒温晶体振荡器的频率稳定度，并根据该方法制备而成一种具有高稳定度的恒温晶体振荡器。
技术实现思路
本专利技术的一个目的，在于提供一种高稳定度恒温晶体振荡器，该高稳定度恒温晶体振荡器具有较好的频率稳定度。本专利技术的另一个目的，在于提供一种提高晶体振荡器稳定度的方法，从而使普通恒温晶体振荡器不仅也能应用于对频率稳定度有高度要求的场合，而且具有较高的启动速度。为实现上述第一个目的，本专利技术提供的高稳定度恒温晶振荡器，包括普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件(TEC,Thermoelectriccooler)、测温元件及温控电路。所述的半导体致热/冷元件置于普通恒温晶体振荡器之上，测温元件置于TEC元件之下。普通恒温晶体振荡器、TEC、测温元件封装于真空封装外壳内且均与温控电路电连接，温控电路外置于真空封装外壳。优选地，所述的高稳定度恒温晶振荡器还包括转接电路板，该转接电路板置于普通恒温晶体振荡器之下并封装于真空封装外壳中，所述真空封装外壳设置有引脚，所述普通恒温晶体振荡器、TEC及测温元件的各引脚连接至转接电路板并通过转接电路板与真空封装外壳上相对应的引脚相连；所述温控电路通过真空封装外壳上的引脚与普通恒温晶体振荡器、TEC及测温元件电连接。优选地，所述的半导体致热/冷元件模块大小大于所述的普通恒温晶体振荡器封装顶部平面尺寸并完全覆盖住所述的普通恒温晶体振荡器的顶部。优选地，所述的半导体致热/冷元件为二引脚式元件。优选地，所述的测温元件位于所述的半导体致热/冷元件覆盖所述普通恒温晶体振荡器顶部平面后剩余在外的部分。优选地，所述的测温元件为负温度系数电阻式测温元件和二引脚式元件。优选地，所述的真空封装外壳为金属外壳；封装后的真空度低于10Pa。优选地，所述的真空封装外壳设置有8个引脚。为实现上述第二个目的，本专利技术提供了一种提高晶体振荡器稳定度的方法，所述晶体振荡器为普通恒温晶体振荡器。该方法包括如下步骤：1)将普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件分别与温控电路进行电连接，并将普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件一起进行用真空封装外壳进行真空封装，而将温控电路外置于真空封装外壳；2)利用测温元件测定普通恒温晶体振荡器表面的温度，当测得的温度低于所设定温度时，利用温控电路对半导体致热/冷元件输出正向电流，使其紧贴普通恒温晶体振荡器的一面产生加热效应，从而提升普通恒温晶体振荡器的温度。当测得的温度高于所设定温度时，温控电路对半导体致热/冷元件输出负向电流，使其紧贴普通恒温晶体振荡器的一面产生致冷效应，从而降低普通恒温晶体振荡器的温度；如此反复，使得普通恒温晶体振荡器稳定于所设定温度，所设定温度最好与普通恒温晶体振荡器的工作温度相同，上下浮动不超过1℃；3)在利用半导体致热/冷元件实现一次恒温之后，普通恒温晶体振荡器的自身电阻式恒温系统将在恒温状态下自动实现快速的二次恒温，从而实现普通恒温晶体振荡器的快速启动。同时，所采用的真空封装也会进一步阻隔恒温晶体振荡器内外的热交换，从而达到进一步提高恒温晶体振荡器的温度稳定度，最终实现频率稳定度的进一步提升。与现有技术相比，本专利技术提供的高稳定度恒温晶体振荡器及方法增加了一个真空封装外壳，一个TEC元件和一个测温元件。普通恒温晶体振荡器和TEC元件以及测温元件均位于真空封装外壳内部。由于不破坏普通晶体振荡器封装引脚设置，可以实现普通晶体振荡器自身独立的一次恒温设置；同时，由于采用TEC这一主动加热/致冷器件，并采用真空封装，不仅可以缩短恒温晶体振荡器的启动时间，更可以提高晶体的温度稳定性，从而达到进一步提高普通恒温晶体振荡器的稳定度的目的。本专利技术提供的高稳定度恒温晶体振荡器及方法，不仅可以用于普通恒温晶体振荡器的稳定度的提高，也可以用于其他各种晶体振荡器的稳定度提高。附图说明图1为本专利技术实施例中的恒温晶体振荡器的总体结构框图。图2为本专利技术实施例中的高稳定度恒温晶体振荡器的剖视图(不含温控电路部分)。图3为本专利技术实施例中的高稳定度恒温晶体振荡器的俯视图(不含温控电路部分)。图4为本专利技术实施例中的普通恒温晶体振荡器的结构俯视图。图5为本专利技术实施例中的高稳定度恒温晶体振荡器的仰视图(不含温控电路部分)。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细的说明。附图用于解释本专利技术的实施例，以使本专利技术变得更清晰，而不是对本专利技术所作的限制。从图1及图2可知，本专利技术的高稳定度恒温晶体振荡器包括真空封装外壳10、半导体制热/冷元件20(TEC20)、普通恒温晶体振荡器30、测温元件40、温控电路50以及转接电路板60。所述的半导体制热/冷元件20(TEC20)置于普通恒温晶体振荡器30上方，其外形比普通恒温晶体振荡器30略大(优选地，其长度和宽度比普通恒温晶体振荡器30封装顶部平面的相应部分长5～15％，这样可使得要求被控制区域的温度均匀性更好和生产成本更低两者之间取得较好的平衡)。采用真空封装外壳10封装时，使用绝热材料70及粘合剂将TEC20固定于真空封装外壳10顶面的内表面上；测温元件40则置于TEC20下方。用于驱动TEC20的导线以及连接测温元件40所用的导线均采用一端设置有接口620的带状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：包括普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件及温控电路，所述的半导体致热/冷元件置于普通恒温晶体振荡器之上，测温元件置于半导体致热/冷元件元件之下；所述普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件封装于真空封装外壳内且均与温控电路电连接；所温控电路外置于真空封装外壳。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：包括普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件及温控电路，所述的半导体致热/冷元件置于普通恒温晶体振荡器之上，测温元件置于半导体致热/冷元件元件之下；所述普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件、测温元件封装于真空封装外壳内且均与温控电路电连接；所温控电路外置于真空封装外壳。2.根据权利要求1所述的高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：所述的高稳定度恒温晶振荡器还包括转接电路板，该转接电路板置于普通恒温晶体振荡器下并封装于真空封装外壳中，所述真空封装外壳设置有引脚，所述普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件及测温元件的各引脚通过转接电路板与真空封装外壳上相对应的引脚相连，所述温控电路通过真空封装外壳上的引脚与普通恒温晶体振荡器、半导体致热/冷元件及测温元件电连接。3.根据权利要求1或2所述的高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：所述的半导体致热/冷元件模块大小大于所述的普通恒温晶体振荡器的顶部平面尺寸并完全覆盖住所述的普通恒温晶体振荡器的顶部。4.根据权利要求1或2所述的高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：所述的半导体致热/冷元件为二引脚式元件。5.根据权利要求3所述的高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：所述的测温元件位于所述的半导体致热/冷元件覆盖所述的普通恒温晶体振荡器顶部平面后剩余在外的部分。6.根据权利要求5所述的高稳定度恒温晶体振荡器，其特征在于：所述的测温元件为负温度系数电阻式测温元件和二引脚式元件。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建，甘志银，吴玉莹，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42