專利名稱：一種微機溫度補償晶體振蕩器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子器件領域，涉及一種溫度補償晶體振蕩器(MCXO)，特別涉及一種小體積微機溫度補償晶體振蕩器。
普通模擬補償晶體振蕩器使用熱敏電阻網絡產生溫度補償電壓，如果電阻網絡參數能完全是理想值的話，溫度補償晶體振蕩器的頻溫偏差可以補償到在很寬的溫度范圍內達到1ppm，但是晶體振蕩器的溫度補償效果受熱敏電阻和固定電阻值影響非常大，即使采用精度為±1％的電阻，生產一批TCXO，它們的頻溫偏差的誤差最大值也會超過±2ppm，因此要保證成品率的話，就必須測量每一只電阻并且分別進行計算，但是大批量生產溫度補償晶體振蕩器時，是不可能測量每一只元器件的。因此可生產性與成品率成為一個極大的矛盾。
另外，即使所有的電阻元器件都很理想，模擬補償方式也是有極限的，它對于寬溫度范圍的補償效果不佳，而且無法補償頻率跳變點、以及非三次頻溫曲線的晶體諧振器。
以上諸多問題只能用數字溫度補償的方式加以解決。但是不管是普通數字式溫度補償還是原來大部分微機溫度補償的晶體振蕩器，都要使用各種邏輯和時序電路芯片、D/A轉換器、或者諸如8051系列的單片機，它們的體積都相當大。因此要想小型化，又不致降低性能，必須采用小型貼片式單片機和輔助芯片，同時根本改變傳統思路，用新的電路來代替。
為實現上述實用新型目的，一種微機溫度補償晶體振蕩器，由依次相連的測溫電路、8位或8位以上的單片機、濾波電路和壓控晶體振蕩器組成，其特征在于所述單片機包含PWM方波模塊，所述單片機向所述濾波電路輸出PWM方波，所述濾波電路向所述壓控晶體振蕩器輸出直流控制電壓。
所述測溫電路可采用數字溫度傳感器，所述晶體振蕩器可以由反相器、三極管或專用振蕩芯片構成。本實用新型還可設置RS232接口，該接口的In和Out分別接在所述單片機的兩個端口上本實用新型針對模擬補償方式可生產性與成品率的矛盾，采用數字式測溫芯片替代模擬測溫元器件和A/D轉換器組成的測溫電路、使用微型單片機，用基本固定的程序和數字電路實現MCXO，同時使用批量在線編程方式對MCXO進行頻率和參數微調，全自動、大批量、高速地校準MCXO。這樣就大大地提高了可生產性，也保證了成品率。使用單片機的輸出端輸出PWM脈寬調制方波，通過濾波電路產生一個電壓連續的靜態的、無跳變的溫度補償電壓，以此替代D/A芯片，達到節約成本，減小體積的目的。
通過批量試生產，20只樣品性能全部達到設計要求，樣品的主要技術性能參數如下標稱頻率4～32MHz
頻溫特性-40℃～+85℃小于±1ppm頻率準確度 小于±0.2ppm工作電流小于30mA頻率微調范圍±10ppm工作電壓5V DC因此可以得出本實用新型具有(1)生產成品率高、可生產性好；(2)能夠實現全自動調試和校準；(3)生產成本低；(4)產品可靠性良好。
單片機2是MCXO的核心，主要進行溫度數據的讀取、處理，和控制電壓的計算，為了保證計算速度和精度，單片機至少應是8位以上，也可采用16位的單片機。8位機與16位機比起來，速度慢一些，計算程序復雜一些，但是單片機的引腳要少一些，以滿足小型化的要求。
PWM輸出模塊主要是為了以最低的成本、最少的元器件實現D/A轉換，替代價格較貴、體積比較大的D/A芯片。PWM輸出方波的占空比的改變使經過濾波網絡輸出的電壓隨之改變，以達到輸出直流的目的。
濾波電路3對PWM輸出方波進行濾波的濾波網絡的目的主要就是將PWM電壓變化為直流，并使這一直流中的紋波電壓不對晶體振蕩器的穩定度造成影響。濾波網絡可以是無源的也可以是有源的，有源濾波效果比無源網絡要好一些，但結構要復雜很多。濾波電路通常采用如圖4所示的低溫度系數的電阻和電容組成的II型濾波網絡對單片機端口輸出的PWM方波濾波，將其轉換為恒定的直流電壓，用以進行溫度補償。
壓控晶體振蕩器4是輸出頻率的關鍵，其振蕩電路有很多種結構。如圖5所示，壓控晶體振蕩器由專用振蕩芯片、晶體諧振器Y1、變容二極管D1及電容C1、C2、C3構成，晶體諧振器Y1、電容C3、變容二極管D1及電容C1依次串連形成回路，專用振蕩芯片與晶體諧振器Y1并聯，電容C2與電容C3、變容二極管D1并聯。該振蕩電路通過電阻與濾波電路相連。
上述壓控晶體振蕩器也可以采用反相器或三極管實現。
為實現在線編程校正和頻率微調，可使用RS232接口與單片機通訊，com口的In和Out分別接在單片機的兩個端口上。這樣，可省略微調電容，不再使用手工調節頻率至標稱頻率的方法。
權利要求1.一種微機溫度補償晶體振蕩器，由依次相連的測溫電路、8位或8位以上的單片機、濾波電路和壓控晶體振蕩器組成，其特征在于所述單片機含PWM方波模塊，所述單片機向所述濾波電路輸出PWM方波，所述濾波電路向所述壓控晶體振蕩器輸出直流控制電壓。
2.根據權利要求1所述的微機溫度補償晶體振蕩器，其特征在于所述測溫電路為數字溫度傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的微機溫度補償晶體振蕩器，其特征在于該振蕩器還設置于有RS232接口，該接口的In和Out分別接在所述單片機的兩個端口上。
4.根據權利要求1或2所述的微機溫度補償晶體振蕩器，其特征在于所述壓控晶體振蕩器由專用振蕩芯片、晶體諧振器Y1、變容二極管構成。
5.根據權利要求4所述的微機溫度補償晶體振蕩器，其特征在于所述專用振蕩芯片由反相器或三極管替代。
專利摘要本實用新型公開的微機溫度補償晶體振蕩器,由依次相連的測溫電路、8位或8位以上的單片機、濾波電路和壓控晶體振蕩器組成,單片機包含PWM方波模塊。并向濾波電路輸出PWM方波,濾波電路向壓控晶體振蕩器輸出直流控制電壓。測溫電路可采用數字溫度傳感器,晶體振蕩器可以由反相器、三極管或專用振蕩芯片構成。本實用新型生產成品率高、可生產性好;能夠實現全自動調試和校準;生產成本低;產品可靠性良好。本實用新型還可使用批量在線編程方式對MCXO進行頻率和參數微調,全自動、大批量、高速地校準MCXO。
文檔編號H03H9/00GK2511047SQ01273470
公開日2002年9月11日 申請日期2001年12月20日 優先權日2001年12月20日
發明者于軍, 高俊雄, 劉剛, 喻騫宇, 王耘波, 周文利, 謝基凡 申請人:華中科技大學