[发明专利]一种高稳时基振荡器自动校准电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种高稳时基振荡器自动校准电路，还涉及一种高稳时基振荡器自动校准方法。

背景技术

现代社会，在卫星导航、通讯、广播、雷达、精确制导、电子对抗、遥控遥测等各种领域，晶体振荡器都是必不可少的部件，而且对于晶体振荡器的频率准确度要求越来越高。业界已经利用温度补偿技术设计了恒温晶体振荡器(OCXO)，其频率稳定度有了极大的改善。但是随着时间的推移，即使是恒温晶体振荡器，其频率准确度也会逐渐恶化，其主要原因包括老化、外界环境变化、压控电压的失调等等。

老化是晶体振荡器的时间效应，是不可避免的误差项。引起谐振器频率老化的主要原因有质量效应和应力效应两种。目前为了减小老化在工艺上均采取了许多措施，使得谐振器的老化大为降低。然而，即使是相同设计和加工工艺的谐振器，其老化率也会表现出不同的结果，因此在谐振器使用一段时间之后，会对其输出频率准确度造成较大的影响。

而外界环境变化、压控电压失调，同样也是不可避免的。在晶体谐振器使用一段时间后，其频率准确度必然由于上述因素而恶化。但是不管是那一种因素，或是共同作用造成的频率准确度恶化，都可以通过调整晶体谐振器的压控端电压来校准补偿其频率偏移。

目前振荡器校准技术主要有：

(1)基于GPS与北斗双模受时的压控晶体振荡器校准

系统优选GPS与北斗系统中时基稳定度较高的1pps信号与晶体振荡器分频后得到的1pps信号进行鉴相、滤波、EFC(Electrical Frequency Control)控制电压等，然后将控制电压数值送入D／A转换器转换为电压值，该电压值送入晶体振荡器EFC调谐端，来修正晶体振荡器的频率偏移。

通过基于GPS与北斗双模受时的压控晶体振荡器校准的方法校准频率精度时，当所处环境无法接收其中的任意一个系统时，该晶体振荡器校准方法将失效。同时该方法对于专门的晶体振荡器校准系统来说有效，但当所需要校准的晶体振荡器应用在测试仪器等领域时，比如频率计数器、脉冲调制域分析仪等，该方法集成度有限，不利于集成到空间有限的印制板上。

(2)闭环数字稳频校准

由单片机判断晶体振荡器的频率值，然后根据频率偏移方向，在当前电压控制数据的基础上调整输出数据，并通过D／A转换为调谐电压加到振荡器上，来控制振荡器的频率，直到其频率值达到预设的精度要求。

闭环数字稳频校准方法受环路所能允许的频偏范围影响，当振荡器的输出频率偏移超出其最大频偏时，该系统将无法正常工作，频率也无法稳定到标准频率上。而温度对于振荡器的输出频率偏移影响最大，温度范围越宽，所能引起的频率偏移越大，也就是说，该方法对于温度范围宽的振荡器不适用。

上述两种方法都需要依赖精密的外部参考信号。

发明内容

本发明提出了一种高稳时基振荡器自动校准电路及方法，解决了现有技术中振荡器频率准确度受外界环境影响、依赖外部参考的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高稳时基振荡器自动校准电路，包括：控制系统、FPGA控制单元、D／A转换单元和稳压电源产生单元；

所述FPGA控制单元检测晶体振荡器的当前频率，并与晶体振荡器的标称频率相比较，输出偏移值；

所述控制系统包括图形解析处理单元，所述控制系统接收晶体振荡器的老化率曲线，所述图形解析处理单元根据老化率曲线生成一组时间对频率值的数组，控制系统计算出对应的老化率DAC数组，对晶体振荡器的频率进行粗调；所述控制系统还接收所述FPGA控制单元输出的偏移值，调整所述老化率DAC数组，对晶体振荡器频率进行高精度校准；

所述D／A转换单元接收所述控制系统输出的老化率DAC数组，将其转换为模拟信号，输出EFC电压到晶体振荡器的电压调谐端；

所述稳压电源产生单元包括开关稳压电源和线性稳压电源，输出参考电压到所述D／A转换单元的参考端。

可选地，所述图形解析处理单元在所述控制系统中通过软件实现。

可选地，所述时间对频率值的数组中时间的单位为小时、天、月或者年。

本发明还提供了一种高稳时基振荡器自动校准方法，包括以下步骤：

通过FPGA控制单元检测晶体振荡器的当前频率，并与晶体振荡器的标称频率相比较，输出偏移值；

根据晶体振荡器的老化率曲线生成一组时间对频率值的数组，计算出对应的老化率DAC数组，对晶体振荡器的频率进行粗调；