一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，該方法包括測量未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線；測量參考熱敏電阻的電阻溫度特性；根據未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線和參考熱敏電阻的電阻溫度特性，計算和優化溫度補償網絡參數值；根據計算和優化的溫度補償網絡參數值，選取匹配的元件，組建溫度補償網絡；利用溫度補償網絡對晶體振蕩器進行溫度補償，并測試補償后的晶體振蕩器頻率溫度特性。本發明所述方法有效改善了溫度補償晶體振蕩器溫度補償的效果，尤其是在較寬工作溫度范圍內的溫度補償效果，提高了溫度補償的一次成功率和溫度補償晶體振蕩器可靠性，降低了生產成本和溫度補償晶體振蕩器的調試復雜度，提高了生產效率。
【專利說明】一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫度補償方法，特別是一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法。
【背景技術】
[0002]模擬溫度補償晶體振蕩器因其質優價廉的特性廣泛應用于通信、導航、衛星等多個領域。在惡劣的環境條件下，工作溫度范圍超過_30°C?+60°C，而頻率溫度穩定性要求達到±1X10_6時，一般首次安裝溫度補償網絡后，還需再經過兩次到三次的補償網絡參數調節才能使晶體振蕩器的頻率溫度穩定性滿足指標要求，即造成元器件浪費，又延長生產周期。
[0003]因此，需要提供一種既能夠補償準確，又能快速補償的一種模擬溫度補償晶體振蕩器補償方法。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，以解決模擬晶體振蕩器溫度補償一次成功率低，溫度補償網絡需要多次調節的問題，從而降低生產成本、提高生產效率。
[0005]為解決上述問題本發明提供一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，該方法包括
[0006]測量未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線；
[0007]測量參考熱敏電阻的電阻溫度特性；
[0008]根據未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線和參考熱敏電阻的電阻溫度特性，計算和優化溫度補償網絡參數值；
[0009]根據計算和優化的溫度補償網絡參數值，選取匹配的元件，組建溫度補償網絡；
[0010]利用溫度補償網絡對晶體振蕩器進行溫度補償，并測試補償后的晶體振蕩器頻率溫度特性。
[0011]優選的，所述溫度補償網絡參數包括多個固定電阻和多個熱敏電阻
[0012]優選的，所述電壓溫度曲線通過調節晶體振蕩器中變容二極管的控制電壓，使晶體振蕩器在不同溫度點下的頻率達到標稱值，獲得未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線。
[0013]優選的，所述電阻溫度特性通過將連有參考熱敏電阻的測試電路放入溫箱中，通過在不同溫度下測量參考熱敏電阻的電阻值，獲得參考熱敏電阻的電阻溫度特性。
[0014]優選的，所述測試電路為與溫度補償網絡相同的電路結構，所述測試電路中的固定電阻在0Ω至1ΜΩ范圍內取值。
[0015]優選的，所述溫度補償網絡參數值的計算和優化方法包括
[0016]根據溫度補償網絡中待優化固定電阻以及待選熱敏電阻建立溫度補償網絡隨溫度變化的電壓函數；[0017]待選熱敏電阻利用模型Rλ =、進行計算，其中K(R，B)為與參考熱敏電阻的額定阻值R和常數B相關的比例系數，Rcun為參考熱敏電阻的實測值，N為溫度測試點數，Rixn和$「1>:、.均為N維行向量；
[0018]利用所述未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線數據值和所述電壓函數求方差，以獲得目標函數Λ ;
[0019]利用遺傳算法，對目標函數進行多次迭代，當目標函數Λ小于允許的誤差或設定的最大迭代次數時，迭代終止；
[0020]獲得待優化的固定電阻及熱敏電阻的優化值。
[0021]本發明中采用非傳統熱敏電阻的選取方法，并且利用優化算法計算溫度補償網
絡中固定電阻的阻值，有效改善了溫度補償晶體振蕩器溫度補償的效果，尤其是在較寬工
作溫度范圍內的溫度補償效果，提高了溫度補償的一次成功率和溫度補償晶體振蕩器可靠
性，降低了生產成本和溫度補償晶體振蕩器的調試復雜度，提高了生產效率，增大了經濟效Mo
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1示為一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法流程圖；
[0023]圖2示為溫度補償晶體振蕩器溫度補償原理框圖；
[0024]21、溫度補償網絡，22、振蕩電路，23、變容二極管；
[0025]圖3示為溫度補償網絡電路原理圖；
[0026]31、節點 1，32、節點 2，33、節點 3，34、節點 4，35、節點 5 ；
[0027]圖4示為本發明根據溫度補償網絡構建的溫度補償網絡示意圖；
[0028]41、節點1，42、節點2，43、節點3，44、節點4，45、節點5 ;46、節點6，47、節點7 ；
[0029]圖5不為優化算法流程圖；
[0030]圖6_a示為補償前晶振的頻率溫度穩定性示意圖；
[0031]圖6_b示為利用傳統方法和本發明方法進行溫度補償后晶振的頻率溫度穩定性實例比對圖；
[0032]圖7示為利用本發明方法計算的熱敏電阻值、傳統方法計算的熱敏電阻值和測試熱敏電阻值比對圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明提供一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，該方法包括測量未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線(SI);測量參考熱敏電阻的電阻溫度特性(S2);根據未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線和參考熱敏電阻的電阻溫度特性，計算和優化溫度補償網絡參數值(S3);根據計算和優化的溫度補償網絡參數值，選取匹配的元件，組建溫度補償網絡(S4);利用溫度補償網絡對晶體振蕩器進行溫度補償，并測試補償后的晶體振蕩器頻率溫度特性(S5)。
[0034]下面根據附圖對本發明做進一步描述。[0035]實施例1
[0036]將晶體振蕩器放入溫箱中，調節晶體振蕩器中變容二極管(23)的控制電壓，使晶體振蕩器的頻率在各個溫度點下均達到標稱值，記錄各個溫度點下的控制電壓值，形成未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線數據。
[0037]參考熱敏電阻采用在線測試方法，參考熱敏電阻測試電路采用與溫度補償網絡相似的形式。如圖3所示，該測試電路的輸入端施加固定電壓Vz，并選擇低、中阻值的熱敏電阻作為參考熱敏電阻分別連接在溫度補償網絡中R5、R7和R4的位置。在熱敏電阻在線測試過程中，可以先在溫度補償網絡中固定電阻和熱敏電阻的允許范圍內粗略選定進行在線測試。本發明所述測試電阻中R5和R7采用幾百kQ的中阻值熱敏電阻，R4采用幾kQ的熱敏電阻，Rl選取0Ω~幾百Ι?Ω，R2、R3和R8選取幾百kQ，R6選取幾kQ~幾十Ι?Ω。將測試電路放入溫箱中，在各個溫度點下記錄節點I (31)、節點2 (32)、節點3 (33)、節點4 (34)和節點5 (35)的電壓值，利用測量得到的節點電壓值，根據基爾霍夫定律計算得到參考熱敏電阻的電阻溫度特性，即參考熱敏電阻值的電阻溫度特性數據。
[0038]為了增強溫度補償網絡的補償能力，本發明在溫補網絡計算中使用圖4所示電路，電路中R5和R7的位置再分別串聯一個固定電阻。
[0039]利用未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線數據，以及參考熱敏電阻的電阻溫度特性數據對溫度補償網絡固定電阻和熱敏電阻優化步驟如下:
[0040]第一步，選定優化參數，給定參數初始值(S6)，本實施例中僅以溫度補償網絡中的固定電阻為待優化變量，將熱敏電阻作為半已知量(半已知量:實際補償過程中允許選取的熱敏電阻的阻值范圍內隨機選定一個低阻值和兩個中阻值熱敏電阻)。本發明中待選熱敏電阻的計算模型與常規熱敏電阻模型不同，常規熱敏電阻選取利用一階近似公式:
R = R0eB(^，其中R0為熱敏電阻額定阻值，B為材料常數，本發明中利用的熱敏電阻計
算模型為=其中K(R，B)為與參考熱敏電阻的額定阻值R和
常數B相關的比例系數R、v為參考熱敏電阻的實測值，N為測量參考熱敏電阻時，溫度測
試點數，Rixn和均為N維行向量。利用本發明中所述計算熱敏電阻模型在計算過程中可以消除一階近似模型中的誤差，提高溫度補償的一次成功率；將半已知電阻按照本發明采用的熱敏電阻模型建模R = K(RDo,BD,RCi,Bc)RCuN，其中Rd。和Bd為初始選
取熱敏電阻的特性常數，Rco和R。為參考熱敏電阻的特性常數，& (~,^Bn,RCo,Bc )為與
初始選取熱敏電阻以及參考熱敏電阻的特性常數相關的比例系數。將溫度補償網絡中的固定電阻作為優化參數X，并給予初始值。
[0041]第二步，構建目標函數，根據初始化的固定參數值和熱敏電阻值建立電壓函數，圖4中所示V1點的電壓為v21xn = [β1,β2,...βn]，其中
【權利要求】
1.一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:該方法包括 測量未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線； 測量參考熱敏電阻的電阻溫度特性； 根據未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線和參考熱敏電阻的電阻溫度特性，計算和優化溫度補償網絡參數值； 根據計算和優化的溫度補償網絡參數值，選取匹配的元件，組建溫度補償網絡； 利用溫度補償網絡對晶體振蕩器進行溫度補償，并測試補償后的晶體振蕩器頻率溫度特性。
2.根據權利要求1所述的一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:所述溫度補償網絡參數包括多個固定電阻和多個熱敏電阻。
3.根據權利要求1所述的一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:所述電壓溫度曲線通過調節晶體振蕩器中變容二極管的控制電壓，使晶體振蕩器在不同溫度點下的頻率達到標稱值，獲得未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線。
4.根據權利要求1所述的一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:所述電阻溫度特性通過將連有參考熱敏電阻的測試電路放入溫箱中，通過在不同溫度下測量參考熱敏電阻的電阻值，獲得參考熱敏電阻的電阻溫度特性。
5.根據權利要求4所述的一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:所述測試電路為與溫度補償網絡相同的電路結構，所述測試電路中的固定電阻在0Ω至1ΜΩ范圍內取值。
6.根據權利要求1所述的一種用于模擬溫度補償晶體振蕩器的溫度補償方法，其特征在于:所述溫度補償網絡參數值的計算和優化方法包括 根據溫度補償網絡中待優化固定電阻以及待選熱敏電阻建立溫度補償網絡隨溫度變化的電壓函數； 待選熱敏電阻利用模型-Mun =夂、進行計算，其中K(R，B)為與參考熱敏電阻的額定阻值R和常數B相關的比例系數，Rc為參考熱敏電阻的實測值，N為溫度測試點數，Rixn和均為N維行向量； 利用所述未補償的晶體振蕩器的電壓溫度曲線數據值和所述電壓函數求方差，以獲得目標函數Λ ； 利用遺傳算法，對目標函數進行多次迭代，當目標函數△小于允許的誤差或設定的最大迭代次數時，迭代終止； 獲得待優化的固定電阻及熱敏電阻的優化值。
【文檔編號】H03L1/02GK103716042SQ201310739925
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】韓艷菊, 楊科, 鄭紅耀, 于德江 申請人:北京無線電計量測試研究所