本發(fā)明屬于晶體振蕩器技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。

背景技術(shù)：

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(tcxo，temperaturecompensatextal(crystal)oscillator)是一種能在較寬的溫度范圍內(nèi)工作并通過(guò)一定的補(bǔ)償方式而保持晶體振蕩器的輸出頻率在一定的精度范圍內(nèi)(10^-6～10^-7量級(jí))的晶體振蕩器。它具有低功率，開(kāi)機(jī)即能工作，而且具有高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動(dòng)通信、程控電話(huà)交換機(jī)、各類(lèi)電子測(cè)量?jī)x表中。

現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，本質(zhì)上是帶有溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)并由其產(chǎn)生與溫度有關(guān)的補(bǔ)償電壓的壓控晶體振蕩器(voltagecontrolledcrystaloscillator，vcxo)。未補(bǔ)償?shù)膲嚎鼐w振蕩器中的關(guān)鍵器件是采用at切石英晶體，其溫度特性曲線近似為一個(gè)三次曲線，可以表示為：

f(t)＝a3(t-t0)³+a1(t-t0)+a0(1)

其中，a3是三次系數(shù)項(xiàng)，a1是一次系數(shù)項(xiàng)，a0是溫度在參考溫度t0時(shí)的振蕩頻率。

對(duì)于現(xiàn)有的壓控晶體振蕩器的頻率線性增益特性可以近似表述如下：

f(vc)＝-g(vc-vc0)+f0(2)

其中，g是壓控晶體振蕩器的增益，vc是壓控晶體振蕩器的控制電壓，vc0是壓控晶體振蕩器的壓控端的初始輸入電壓，f0是輸入為vc0時(shí)的振蕩頻率。

那么，作為補(bǔ)償晶振溫度特性的補(bǔ)償電壓vc(t)的方程式可以表述為：

vc(t)＝a3(t-t0)³+a1(t-t0)+a0(3)

此時(shí)，a3＝a3/g，a1＝a1/g，a0是溫度為t0時(shí)的補(bǔ)償電壓。

為了實(shí)現(xiàn)方程式(3)，需要產(chǎn)生一個(gè)溫度補(bǔ)償電壓加到壓控晶體振蕩器上進(jìn)行溫度補(bǔ)償以抵消此頻率溫度特性，從而得到在較寬溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定的頻率輸出，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

目前，模擬式tcxo的溫度補(bǔ)償是由帶有模擬溫度傳感器的模擬補(bǔ)償電壓發(fā)生電路產(chǎn)生補(bǔ)償電壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要分為兩種方式進(jìn)行：

第一種是基于熱敏電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。如圖1所示，該溫度補(bǔ)償晶體振蕩器是一種開(kāi)環(huán)補(bǔ)償方式，利用熱敏電阻等溫度敏感元件組成溫度－電壓變換電路即熱敏電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，得到補(bǔ)償電壓，并將該補(bǔ)償電壓通過(guò)電阻r1、r2施加到一支與晶體諧振器t相串接的變?nèi)荻O管c1上，通過(guò)晶體諧振器t串聯(lián)電容量的變化，對(duì)晶體諧振器的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償，其詳細(xì)描述可參見(jiàn)“趙聲衡.石英晶體振蕩器[m].湖南:湖南大學(xué)出版社,1997.”。該種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)也較為容易，但是為使熱敏電阻和變?nèi)荻O管的容抗與不同晶體諧振器的溫度特性一致，必須進(jìn)行選配，所以需對(duì)電阻、電容進(jìn)行分類(lèi)、更換，難以對(duì)溫度補(bǔ)償進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，不利于批量生產(chǎn)。另外，用該種方式實(shí)現(xiàn)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的頻率溫度穩(wěn)定度一般只能做到±0.5ppm——±1ppm左右，補(bǔ)償效果一般。

第二種是間接模擬溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。該溫度補(bǔ)償晶體振蕩器由溫度傳感器、電壓參考、補(bǔ)償、三次電壓發(fā)生器、三個(gè)系數(shù)控制器(b0ctr、b1ctr和b3ctr)累加器、存儲(chǔ)器eeprom、壓控晶體振蕩器vcxo和自動(dòng)頻率牽引afc組成。詳情可參見(jiàn)“nemotok,satoki.a2.5ppmfullyintegratedcmosanalogtcxo[c]//frequencycontrolsymposiumandpdaexhibition,2001.proceedingsofthe2001ieeeinternational.ieee,2001:740-743.”。該種方式的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可采用大規(guī)模電路集成，成本較高。另外，該種方式所實(shí)現(xiàn)的模擬溫度補(bǔ)償晶體振蕩器也是采用開(kāi)環(huán)補(bǔ)償方式，需要單獨(dú)的溫度傳感器來(lái)感知外界環(huán)境溫度，這樣傳感器與晶體之間就不可避免的存在溫度差和溫度遲滯效應(yīng)，使得補(bǔ)償精度受到影響。

綜上所述，現(xiàn)有的模擬溫度補(bǔ)償晶體振蕩器即tcxo都是采用開(kāi)環(huán)式補(bǔ)償構(gòu)架，都要用到溫度傳感，該溫度傳感器在電路上盡可能的靠近晶體諧振器，而晶體諧振器的諧振晶片是被單獨(dú)封裝在密閉空間內(nèi)，這就使得溫度傳感器與諧振晶片之間不可避免的產(chǎn)生了溫度遲滯，導(dǎo)致溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的頻率溫度特性一直未能取得突破。特別是對(duì)于輸出信號(hào)為高頻的晶體振蕩器，這種溫度遲滯問(wèn)題更為明顯。嚴(yán)重制約了高頻溫補(bǔ)晶振的頻率補(bǔ)償精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，以避免溫度補(bǔ)償晶體振蕩器中由于使用溫度傳感器引起的溫度遲滯效應(yīng)以及傳感器的溫度與晶體當(dāng)前溫度不一致帶來(lái)的誤差問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括：

一壓控晶體振蕩器，用于產(chǎn)生并輸出所需頻率為f0的信號(hào)；

其特征在于，還包括：

一功分器，用于將壓控晶體振蕩器當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf的信號(hào)分為兩路，其中一路作為輸出，另一路輸入到頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路；

一頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v(t)輸入至電壓比對(duì)電路；

一電壓比對(duì)電路，用于將輸入的電壓信號(hào)v(t)與參考電壓vref作差即vref-v(t)，并進(jìn)行放大得到補(bǔ)償電壓δv，然后輸出到濾波器中。其中vref是壓控晶體振蕩器在常溫25℃，調(diào)節(jié)壓控電壓為時(shí)，壓控晶體振蕩器向頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路輸入所需目標(biāo)頻率為f0的信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)，以此電壓信號(hào)作為電壓比對(duì)電路的參考電壓；

一濾波器，用于對(duì)補(bǔ)償電壓信號(hào)δv進(jìn)行濾波，并輸入到壓控晶體振蕩器的壓控電壓控制端，使其輸出穩(wěn)定的所需頻率為f0的信號(hào)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器采用閉環(huán)反饋補(bǔ)償構(gòu)架，其功分器將壓控晶體振蕩器輸出信號(hào)分為兩路，一路作為振蕩器輸出，另一路輸入頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路，頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路采用模擬方式，根據(jù)壓控振蕩電路輸出信號(hào)頻率得到當(dāng)前溫度對(duì)應(yīng)的電壓，然后經(jīng)過(guò)電壓比對(duì)電路與參考電壓作差，并放大得到補(bǔ)償電壓，再經(jīng)過(guò)濾波器對(duì)該補(bǔ)償電壓信號(hào)濾波后輸入到壓控晶體振蕩器的壓控電壓控制端進(jìn)行補(bǔ)償，使壓控晶體振蕩器輸出目標(biāo)頻率為f0的信號(hào)。

本發(fā)明與現(xiàn)有溫度補(bǔ)償晶體振蕩器相比，具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1)、不需要溫度傳感器，而是直接將與溫度實(shí)時(shí)相關(guān)的頻率，轉(zhuǎn)換為與之成一一對(duì)應(yīng)映射關(guān)系的補(bǔ)償電壓信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，該方法能夠克服現(xiàn)有溫度補(bǔ)償晶體振蕩器即tcxo中由于使用溫度傳感器和壓控晶體振蕩器中晶片溫度不同步引起的溫度遲滯問(wèn)題；

2)、采用了閉環(huán)補(bǔ)償構(gòu)架，將輸出的所需頻率為f0的信號(hào)通過(guò)頻率-電壓轉(zhuǎn)換與補(bǔ)償電壓建立聯(lián)系，更容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度補(bǔ)償；

3)、不需要像現(xiàn)有溫度補(bǔ)償晶體振蕩器那樣，需要對(duì)待補(bǔ)償晶體在不同溫度下的頻率-電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，減少了工作量；

4)、本發(fā)明補(bǔ)償過(guò)程簡(jiǎn)單，將輸出頻率轉(zhuǎn)換為電壓，通過(guò)與參考電壓比較得到補(bǔ)償電壓。本發(fā)明結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，易于集成和批量生產(chǎn)；

5)、本發(fā)明可以良好適用于各種頻率的壓控晶體振蕩器，尤其是對(duì)于采用現(xiàn)有技術(shù)補(bǔ)償效果較差的高頻晶體振蕩器更為明顯。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有基于熱敏電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器原理框圖；

圖3是圖2所示基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。

圖2是本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器原理框圖。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器包括壓控晶體振蕩器1、功分器2、頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3、電壓比對(duì)電路4以及濾波器5。功分器2將壓控晶體振蕩器1當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf的信號(hào)分為兩路，其中一路作為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器輸出，另一路輸入到頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3中。其中，δf為壓控晶體振蕩器中晶體諧振器由于溫度發(fā)生改變產(chǎn)生的頻率偏移。

頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3將當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v(t)輸入至電壓比對(duì)電路4中。

電壓比對(duì)電路4將輸入的電壓信號(hào)v(t)與參考電壓vref作差即vref-v(t)，并對(duì)差值vref-v(t)進(jìn)行放大得到補(bǔ)償電壓信號(hào)δv，然后輸出到濾波器5中。其中vref是壓控晶體振蕩器在常溫25℃，調(diào)節(jié)壓控電壓為時(shí)，壓控晶體振蕩器向頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路輸入所需目標(biāo)頻率為f0的信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)，以此電壓信號(hào)作為電壓比對(duì)電路4的參考電壓。

濾波器5對(duì)補(bǔ)償電壓信號(hào)δv進(jìn)行濾波，并輸入到壓控晶體振蕩器1的電壓控制端，使其輸出穩(wěn)定的所需頻率為f0的信號(hào)。

圖3是圖2所示基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)圖。

在本實(shí)施例中，如圖3所示，本發(fā)明基于模擬電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器還包括一個(gè)加法器6，用于將濾波后的補(bǔ)償電壓信號(hào)δv與壓控電壓相加，得到補(bǔ)償后的壓控電壓并加載到壓控晶體振蕩器1的壓控電壓控制端，使其輸出所需頻率為f0的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)頻率的補(bǔ)償。

在具體實(shí)施過(guò)程中，首先在常溫25℃下，調(diào)整壓控晶體振蕩器即vcxo1的壓控電壓使壓控晶體振蕩器1輸出為所需頻率目標(biāo)頻率為f0的信號(hào)。然后將壓控晶體振蕩器1輸出的頻率為f0的信號(hào)輸入到頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3，此時(shí)頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓，將此電壓作為電壓比對(duì)電路的參考電壓vref。

具體使用時(shí)，本發(fā)明溫度補(bǔ)償晶體振蕩器處于溫度t下，此時(shí)，壓控晶體振蕩器1在壓控電壓下，受溫度影響輸出頻率為f0+δf的信號(hào)，即當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf，通過(guò)功分器2將該信號(hào)分為兩路，一路作為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的輸出，另一路輸出至頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3。

頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路3將當(dāng)前輸出頻率為f＝f0+δf的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)v(t)輸入至電壓比對(duì)電路4。電壓比對(duì)電路4將輸入的電壓信號(hào)v(t)與參考電壓vref作差即vref-v(t)，并進(jìn)行放大得到補(bǔ)償電壓信號(hào)δv，然后輸出到濾波器5中。

補(bǔ)償電壓δv通過(guò)濾波器5之后，輸出加法器6，將濾波后的補(bǔ)償電壓信號(hào)δv與壓控電壓相加，得到補(bǔ)償后的壓控電壓并加載到壓控晶體振蕩器1的電壓控制端，使其輸出所需頻率為f0的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)頻率的補(bǔ)償。

盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。