[发明专利]基于VPPM的石英晶振温度频率特性建模方法

说明书

本发明公开了一种基于变参数多项式模型的石英晶振温度频率特性建模方法，包括数据采集、利用差分法计算得到温度导数、计算频率偏移、构建随机神经网络模型和获取随机神经网络中隐藏层到输出层之间的权重参数步骤。本发明将复杂温度变化的影响转化为模型参数的变化，能够在不同温变区间、不同的温变情形准确估计频率变差，有助于改善电子产品频率的稳定性；它利用温度和温度导数的变化实现对模型参数的自适应调整，建立更合理的变参数温频特性模型，更准确的计算温度变化时的频率偏移，提高了频率偏移补偿精度。

技术领域

本发明涉及一种石英晶振温度频率特性建模方法，尤其涉及一种基于VPPM的石英晶振温度频率特性建模方法，属于电子科学技术领域。

背景技术

石英晶振是用石英材料做成的晶体谐振器，是许多电子通讯系统的频率源，广泛应用于现代工业社会中的各类电子产品中。石英晶振的频率受到噪声、老化、温度等诸多因素的影响，其中温度是影响石英晶振频率稳定性的最主要因素。石英晶振的频率会随着温度发生变化，温度与频率之间的关系称之为温度频率特性。准确的温度频率特性模型对于开发温补晶振具有重要意义，有助于改善电子产品频率的稳定性。

传统的石英晶振温度频率特性一般采用多项式模型(Polynomial Model，PM)描述，这种传统的多项式模型的优点在于结构简单、物理意义明确，但是其缺点是模型采用固定参数，潜在假设石英晶振的温度频率特性在不同温变区间、不同的温变情形下是不变的。但是，在实际应用及测试场景中，由于晶振内部热特性的复杂性，升温或者降温过程中温度频率特性有较大差异，在不同温度操作区间内也有一定差异，因此传统的固定参数模型就难以准确估计频率变差，无法实现精准补偿。因此，针对实际中复杂温度变化情形，研究基于可变参数多项式模型(Varying-Parameter Polynomial Model，VPPM)的石英晶振温度频率特性建模方法，提高变参数的石英晶振温度频率特性分析准确性具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于VPPM的石英晶振温度频率特性建模方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于VPPM的石英晶振温度频率特性建模方法，包括以下步骤：

步骤1：数据采集：在测试环境中模拟静态变化情形，连续改变环境温度采集得到测试温度T(i),i＝0,1,…,N}和晶体相应的输出频率{f(i),i＝0,1,…,N}；

步骤2：利用差分法计算得到温度导数：

dT(i)＝T(i)-T(i-1)  (1)

步骤3：计算频率偏移：

式中，f₀为基准频率

步骤4：构建随机神经网络模型：

式中，是随机神经网络中隐藏层到输出层之间的权重参数，m表示隐层节点个数；为可变参数，由测试温度和频率偏移拟合得到；h(i)为参数调整模型的输出向量，计算方法为：

式中，f(.)为非线性激活函数sigmoid函数，W∈R^m×2和b∈R^2×1均设置为[-1,1]之间均匀分布的随机参数向量；

步骤5：获取随机神经网络中隐藏层到输出层之间的权重参数：训练把测试温度和温度导数作为模型输入，可变参数作为模型输出，构建训练数据集，训练随机神经网络模型，获取随机神经网络中隐藏层到输出层之间的权重参数。

进一步，步骤4中测试温度和频率偏移拟合频率偏移的方法为：