[发明专利]一种数字式温度补偿晶体振荡器

说明书

本发明公开了一种数字式温度补偿晶体振荡器，包括温度传感器(1)、信号处理和数模转换器(2)、压控晶体振荡器(3)、Sigma‑Delta调制PLL频率合成器(4)、频率‑温度特性校准模块(5)以及频率‑数子转换器(6)；用一个预先定义的多项式函数对频率‑温度变化进行建模。利用已知参数测量集成电路的补偿曲线和输出频率，可以对集成电路进行校准；通过这些测量可以计算出集成电路所需的设置，从而使电路与晶体参数相匹配。本发明能够提供规定的振荡性能包括输出频率偏差恒定、频率波动较小、输出波形恒定；且有利于减小尺寸、降低成本和提高精度。

技术领域

本发明涉及晶体振荡器设计，特别是涉及一种数字温度补偿晶体振荡器。

背景技术

晶体振荡器(XO)作为一种高稳定、高精度的频率源，在电子领域得到了广泛的应用。晶体振荡器的频率精度受许多变量的影响，其中包括温度、老化、驱动电平、回程和振动等变量。由于对最大温度变化有严格的要求，因此开发出各种温度补偿方法。温度补偿晶体振荡器(TCXO)和电压控制温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)通常包含温度补偿电路，以感测环境温度并控制晶体频率，以防止频率在温度范围内漂移。问题在于，目前TCXO模块的制造方法需要温度变化才能获得准确的温度补偿结果。温度变化需要昂贵的烤箱，这增加了TCXO模块的制造时间和成本。在TCXO中，温度补偿功能通过集成电路或分立元件实现，这些元件通常具有相当大的制造公差。这意味着TCXO模块必须在几个温度下进行测量，以获得理想补偿结果的正确设置。

在压控晶体振荡器(VCXO)中，振荡频率可根据电压控制输入进行调整。

实现频率稳定的一种方法是将晶体和振荡器电路与环境温度偏移热隔离。在烤箱控制的恒温控制式晶体振荡器(OCXO)中，晶体和其他温度敏感元件位于稳定的烤箱(通常是金属的、绝缘的小外壳)中，该烤箱配有加热元件和控制机构，用于调节所施加的热量，从而保持恒定的高温。然而，恒温控制式晶体振荡器也有缺点，比如烤箱所需的空间。

如果晶体是切割角约为0度的切割晶体，温度补偿可以具有固定的、预先编程的补偿功能，例如固定的3”和/或4”和/或5”阶补偿增益块，与切割晶体的特定频率温度函数相匹配。角度约为0度。因此，只有温度补偿块的温度偏移和1阶和/或3阶和/或4阶和/或5阶误差可在减少的温度点数量下测量和校准。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种数字式温度补偿晶体振荡器，能够进行晶体振荡器的温度补偿，并能够产生预定频率的振荡信号。

本发明的一种数字式温度补偿晶体振荡器，包括温度传感器1、信号处理和数模转换器2、压控晶体振荡器3、Sigma-Delta调制PLL频率合成器4以及频率-数子转换器5，其中：

温度传感器1与信号处理和数模转换器2连接，将温度传感器的数字温度信号转换为模拟温度信号并输出，模拟温度信号输入到压控晶体振荡器3，实现可控的电压的施加来控制晶体振荡器的频率；晶体振荡信号输入Sigma-Delta调制的PLL频率合成器4，绘制出高分辨率的晶体振荡器频率-温度特性曲线，经频率-温度特性校准模块5进行校准计算，校准后的频率-温度特性输入频率-数字转换器6将频率-温度特性转换成数字信号，频率-温度特性数字信号再返回信号处理和数模转换器2得到频率-温度特性模拟信号。

与现有技术相比，本发明能够提供规定的振荡性能(输出频率偏差恒定，频率波动较小，输出波形恒定)；且有利于减小尺寸、降低成本和提高精度。

附图说明

图1为不同切割角度下石英晶体的温度特征示意图；

图2为晶体棒中X、Y和Z轴的方向示意图；

图3为矩形坐标系中的简单旋转切割和双重旋转切割；

图4为本发明实施例的数字式温度补偿晶体振荡器振荡器示意图。