温补压控恒温晶体振荡器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种温补压控恒温晶体振荡器，包括压控恒温控制电路，所述压控恒温控制电路中位于晶体与地间设置有并联谐振回路；本产品结构还可包括有二次曲线温度补偿网络和ＥＭＩ电路。本实用新型专利技术可满足通信设备时钟比较宽的频率牵引范围要求（如三级钟要求ＶＣＯＣＸＯ的频率牵引范围为±６ｐｐｍ～±８ｐｐｍ，甚至更宽），频率温度稳定度较高，可较好地防止电磁干扰和辐射。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种恒温晶体振荡器，特别涉及一种温补压控恒温晶体振荡器(TCVCOCXO)。
技术介绍
在国家标准GB12048-89《数字网内时钟和同步设备的进网要求》中， 将我国数字同步网时钟分为四级 第一级基准时钟(铯原子钟)；第二级有记忆功能的高稳晶体时钟，设置于数字网中的各级长途交 换中心；第三级有记忆功能的高稳晶体时钟，设置于端局和汇接局； 第四级 一般晶体时钟，设置于远端模块、数字终端设备、数字用户 交换设备。在我国早期二、三级时钟使用的压控恒温晶体振荡器(VC0CX0)是采 用玻壳密封的三次泛音精密晶体(SC或AT切型)，并采用双层恒温技术， 体积较大。 一般的VC0CX0采用如图la所示的电容三端式(考毕兹)交流 等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图lb，其中Cv是用来调节振 荡频率， 一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用 的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图lc。其中Co， Cl， Ll， RR是 晶体的等效参数。分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的: 决定振荡频率的整个槽路电容是由Cbe， Cce， Cv三个电容串联后和Co并联 再和C1串联组成的。可以看出Cl越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路 电容的作用就越小。因而能"压控"的频率范围也越小。实际上，由于C1 很小(1E-15量级)，Co不能忽略(lE-12量级， 一般为2 7PF)。所以，Cv 变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用 却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就 越厉害；另一方面，施加在晶体上的激励电压却越来越小，最后导致停振。采用泛音次数越高的晶体，其等效电容Cl就越小；因此频率的变化范围 也就越小。在公开号为CN2472421Y的中国技术专利"混合型晶体振荡器" 公开了将"温度补偿技术"与"温度控制技术"相结合的技术，该专利采 用简易的一次曲线温度补偿网络(见图2)来补偿简易恒温结构而带来的 频率温度波动。其不足之处是它只能满足在一定工作温度区间内，达到 10一7量级频率温度稳定度的要求。在公开号为CN101027839A的中国专利技术专利"温度补偿式恒温控制晶 体振荡器"公开了 "对受温度控制的频率源进行温度补偿的方法"，该专 利提出温度补偿式恒温控制晶体振荡器(TC0CX0)的几种实施例，采用零 到四阶多项式的切比雪夫函数实现输出频率的四阶模拟温度补偿，而且是 通过专用的模拟温度补偿芯片实现的。其不足之处是工艺技术比较复杂， 实施难度较大，制造成本较高。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可满足 某些通信设备时钟比较宽的频率牵引范围要求(如三级钟要求VC0CX0的 频率牵引范围为士6ppm 土8ppm，甚至更宽)，频率温度稳定度较高、实 现工艺比较简单的温补压控恒温晶体振荡器。本技术的目的通过下述技术方案实现 一种温补压控恒温晶体振 荡器，包括压控恒温控制电路，其特征在于所述压控恒温控制电路中位 于晶体与地间的负载电容替换为并联谐振回路。所述并联谐振回路包括一只与晶体串联的电感， 一只与电感并联的调 谐电容， 一只压控变容管通过一只隔直偶合电容与电感并联，另一只温补 变容管通过另一只隔直偶合电容也与电感并联。所述并联谐振回路的并联谐振频率必须设置在<0. 8fo (fo为标称频 率，按产品技术指标规定，由晶体的等效参数和负载电容即Cbe，Cce，Cv 三个电容串联值决定)，使VC0CX0工作频率为标称频率fo时，这个并联谐振回路呈现容性电抗。为了提高OCXO频率温度稳定度，可将简易的一次曲线温度补偿网络 改进为二次曲线温度补偿网络，所述二次温度曲线补偿网络是一个模拟的不对称的T型网络，由一只负温度系数的片式热敏电阻和一只调试电阻并 联后再与一只固定电阻串联组成T型网络的串臂输入端，由另一只负温度 系数的片式热敏电阻与另一只调试电阻串联组成T型网络的并臂，T型网 络的串臂输出端是一只固定电阻接至温补变容管的负极，为温补变容管提 供反向偏置电压。上述固定电阻和热敏电阻在设计时可确定其参数；所述 调试电阻在设计时先按理想参数计算初试值，然后通过现有的"晶振温度 特性自动测试系统"的测试，再根据测试结果重新计算确定其参数。为了满足通信设备时钟对电磁干扰(EMI)的抑制要求，在本电路的 电源输入端和信号输出端之间增加设置有EMI电路,有效地抑制电磁波的 干扰和辐射。所述EMI电路分两部分， 一部分设置在方波信号输出端，在 信号的输出端设置一个K型网络，n型网络的串臂是一只磁珠，n型网络 的两个并臂分别为一只高频小电容，"型网络有效抑制高频电磁波外辐 射；另一部分设置在电源输入端，在电源输入脚与地之间并接一只高频旁 路电容和一只低频滤波电容，防止外来电磁波干扰。本技术的作用原理是 (1)通过对图1的原理分析可知，要使得振荡频率稳定又要满足压 控频率牵引范围的要求，调节振荡频率的Cv选值十分重要，有些通信设 备的三级时钟要求VCOCXO压控频率牵引范围宽至士 (10 15)ppm,比较 普遍要求是士 (6 8)卯m ，实现这样宽的频率牵引范围，对泛音晶体来 说是很困难的(高稳定晶体振荡器一般都采用泛音晶体，泛音次数越高频 率越稳定，但频率牵引系数越小，频率牵引范围越窄)，有的为满足频率 牵引范围指标要求，将晶体的负载电容设计得很小，即Cv的容值必定很 小，但Cv又必需包含压控变容管、温补变容管和微调中心频率电容及分 布电容的总容量；为解决这个矛盾，本技术方案将Cv改进成一个并联谐振回路，将并联谐振频率设置在<0. 8 fo ，使VCOCXO工作频率为标称频率fo时，这个并联谐振回路呈现容性电抗。并联谐振回路替代电容Cv后，使得泛音晶体的串、并联谐振频率间隔展宽，频率牵引系数增大，解决了 频率牵引范围窄的问题；为保持晶体频率稳定，并联谐振回路的电感值要控制在一个比较小范围内，以保证并联谐振回路的电容值足够大，使其足 够包含压控变容管、温补变容管和微调中心频率电容及分布电容的总容量。微调中心频率电容可以调整压控中心频率和对称性。既满足比较宽的 频率牵引范围要求，又改善频率牵引的压控线性度。(2) 现有技术采用简易的一次曲线温度补偿网络(见图2)来补偿简 易恒温结构带来的频率温度波动，其方法简单，方便批量生产，但它只能 满足在一定工作温度区间(比如0 5(TC)内，达到l(T量级的要求，而 现代通信设备的二、三级时钟对VC0CX0频率温度稳定度要求都比较高， 一般来说，在宽温度工作范围内(例如-20°C +70°C) 二级时钟要求频 率温度稳定度为10—9量级，三级时钟要求频率温度稳定度为10—8量级，要 达到这样高的频率温度稳定度，简易的一次曲线温度补偿网络是不可能满足的。设计ocxo时，根据晶体在零温度系数点周围(土5x:)的温度系数(SC晶体一般为lX10—7t:， AT晶体一般为1X10—7°C)，要求晶体及振荡级电路元件在恒温槽内的温度波动应小于o. 1度，对于双层恒温槽结构来说，这是没问题的，但对简单的恒温结构，是不可能的，本申请人经过 多年的反复试验和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温补压控恒温晶体振荡器，包括压控恒温控制电路，其特征在于：所述压控恒温控制电路中位于晶体与地间设置有并联谐振回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄恭义，林旭，李晓云，刘桂华，
申请(专利权)人：广州市天马电讯科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]