一種混合補償晶體振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種振蕩器，尤其涉及一種混合補償晶體振蕩器。
【背景技術】
[0002]石英晶體是一種重要的壓電材料，它屬于三角晶系32點群，化學成分為二氧化硅，熔點在1750°C，性能穩定。目前人造石英晶體技術日臻成熟，石英晶體器件以其良好的性能被廣泛應用于頻率選擇和頻率控制等領域。
[0003]石英晶體是各向異性體。它的各種性質，如電學性質、熱學性質、彈性性質和壓電性質等都與晶體的方向有關。在石英晶體器件的生產中，通過確定石英晶體的切割切型來實現晶片方向的選擇。石英晶體的切型有AT、BT、CT、DT、NT、SC等等。其中的AT切型以其適中的工作頻率，較好的溫度頻率特性而成為最常用的切型。
[0004]根據此特性，我們可以以其為核心制作晶體振蕩器。目前，采用AT切型石英晶體制作的壓控晶體振蕩器已經實現大批量商業化生產。但是由于工作溫度在-55?+85°C的AT切型石英晶體，其在的低溫段的頻率固有偏差遠大于其在高溫段的頻率固有偏差，無法在低溫段區域實現高穩定度補償工作。
【實用新型內容】
[0005]實用新型目的:為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種混合補償晶體振蕩器，該混合補償晶體振蕩器能夠實現工作頻率的高度穩定。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0007]一種混合補償晶體振蕩器，包括數字信號處理模塊、D/A轉換器、加熱控制電路和壓控晶體振蕩器；所述壓控晶體振蕩器采用AT切型石英晶體制成；所述壓控晶體振蕩器中包括加熱器件和感溫器件；所述感溫器件包括熱敏電阻和數字感溫芯片；所述數字感溫芯片將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給數字信號處理模塊；熱敏電阻將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給加熱控制電路；所述加熱控制電路輸出加熱功率信號至加熱器件；所述數字信號處理模塊的輸出數字信號發送至D/A轉換器；由D/A轉換器將數字信號處理模塊輸出的數字信號轉換為模擬信號輸出；D/A轉換器輸出的模擬信號輸入壓控晶體振蕩器。
[0008]進一步的，加熱器件選用大功率三極管2N3055或2N3904。
[0009]進一步的，加熱控制電路使用運放控制電路。
[0010]進一步的，所述數字信號處理模塊采用2812型號的DSP芯片。
[0011]進一步的，D/A轉換器采用MAX500-599型號。
[0012]有益效果:本實用新型提供一種混合補償晶體振蕩器:
[0013]由于壓控晶體振蕩器加熱至AT切型石英晶體固有頻率變化平緩的區域，因此，可提高頻率補償的精度。使用本方案的壓控晶體振蕩器在室溫工作時不需加熱，低溫工作時也只需加熱目標至室溫之下，因此壓控晶體振蕩器的使用長時間后頻率變化小，同時也減少了功耗，加快了穩定速度。另一方面，由于開機時補償電路就進入正常工作狀態，使用本方案的振蕩器在_55°C開機12s內就可達到Ippm頻率精度。
【附圖說明】
[0014]圖1為在石英晶體工作頻率附近的等效電路圖；
[0015]圖2為石英晶體制作的壓控晶體振蕩器在-55?+85°C工作時的頻率固有差示意圖；
[0016]圖3為一種混合補償晶體振蕩器的結構示意圖；
[0017]其中:圖2所示中橫軸表示溫度，縱軸表示相對頻差。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0019]石英晶體的切型有AT、BT、CT、DT、NT、SC等等。其中的AT切型以其適中的工作頻率，較好的溫度頻率特性而成為最常用的切型。在石英晶體工作頻率，可以用圖1所示的電路作為其等效電路，其中LI為動態電感，Cl為動態電容，CO為靜電容，Rl為諧振電阻根據此特性，我們以其為核心制作晶體振蕩器。AT切型石英晶體的頻率溫度曲線為:
[0020]Δ f/f = B1 (T-27) +a2 (T—27) 2+a3 (T—27)3
[0021]公式中1'為石英晶體的工作溫度，單位°0，&1、&2、&3為常數，Af/f為相對頻差。
[0022]如圖2所示，一個工作溫度在-55?+85°C的石英晶體制作的壓控晶體振蕩器，其核心的AT切型石英晶體在低溫段的頻率固有偏差遠大于其在高溫段的頻率固有偏差，因此通過高精度補償來制作高穩定度晶體振蕩器難以實現。
[0023]如圖3所示的本實用新型的一種混合補償晶體振蕩器，包括采用2812型號的DSP芯片的數字信號處理模塊、MAX500-599型號的D/A轉換器、加熱控制電路和壓控晶體振蕩器；所述壓控晶體振蕩器采用AT切型石英晶體制成；所述壓控晶體振蕩器中包括加熱器件和感溫器件；所述加熱器件采用大功率三極管2N3055或2N3904 ;所述感溫器件包括熱敏電阻和數字感溫芯片；加熱控制電路使用運放控制電路；所述感溫芯片將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給數字信號處理模塊；熱敏電阻將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給加熱控制電路；所述加熱控制電路輸出加熱功率信號至加熱器件；所述數字信號處理模塊的輸出數字信號發送至D/A轉換器；由D/A轉換器將數字信號處理模塊輸出的數字信號轉換為模擬信號輸出；D/A轉換器輸出的模擬信號輸入AT切換型晶體振蕩器。
[0024]下面以一款8.192MHz混合補償晶體振蕩器為例對本方案作進一步的說明:
[0025]這種晶體振蕩器的技術指標:頻率:8.192MHz ;輸出波形:正弦波；輸出電平:3dBm/50 Ω ;工作溫度:_55°C?+85°C ;頻率精度:0.3ppm;電源:+12V ;_55 °C開機功率<2ff ;_55°C穩定功率〈11
[0026]當壓控晶體振蕩器工作時的環境溫度過低(如低于-40°C )時，熱敏電阻將測得的當前的環境溫度信號傳送給加熱控制電路，加熱控制電路將輸出加熱功率信號傳送給加熱器件將壓控晶體振蕩器加熱至_40°C以上(一般在室溫以下，-15°C?+5°C之間)，并且改變后的溫度小于室溫，同時感溫芯片將測得的數字溫度信號傳送給數字信號處理模塊，數字信號處理模塊接收到數字溫度信號后將傳送數字化的壓控數據至D/A轉換器，由D/A轉換器把數字化的壓控電壓轉換成為直流壓控電壓，直流壓控電壓輸入壓控晶體振蕩器，從而實現壓控晶體振蕩器振蕩頻率的補償。由于壓控晶體振蕩器被加熱至AT切型晶體固有頻率變化平緩的區域，因此，頻率補償的精度得到顯著提高。
[0027]由于使用本實用新型的壓控晶體振蕩器在室溫工作時不需加熱改變壓控晶體振蕩器的溫度，低溫工作時通過加熱器件改變壓控晶體振蕩器的溫度，并且改變溫度后低于室溫，因此壓控晶體振蕩器使用長時間后頻率變化小，同時也減少了功耗，加快了穩定速度。另一方面，由于開機時補償電路就進入正常工作狀態，即開機時通過感溫器件感溫，提供直流壓控電壓輸入壓控晶體振蕩器。通過試驗，使用本實用新型的壓控晶體振蕩器在-55°C開機12s內就可達到Ippm頻率精度。
[0028]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種混合補償晶體振蕩器，其特征在于:包括數字信號處理模塊、D/A轉換器、加熱控制電路和壓控晶體振蕩器；所述壓控晶體振蕩器采用AT切型石英晶體；所述壓控晶體振蕩器表面貼附有加熱器件和感溫器件；所述感溫器件包括熱敏電阻和數字感溫芯片；所述數字感溫芯片將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給數字信號處理模塊；熱敏電阻將壓控晶體振蕩器工作環境的溫度信號傳送給加熱控制電路；所述加熱控制電路輸出加熱功率信號至加熱器件；所述數字信號處理模塊的輸出數字信號發送至D/A轉換器；由D/A轉換器將數字信號處理模塊輸出的數字信號轉換為模擬信號輸出；D/A轉換器輸出的模擬信號輸入壓控晶體振蕩器。
2.根據權力要求I所述的一種混合補償晶體振蕩器，其特征在于:所述加熱器件采用大功率三極管2N3055或2N3904。
3.根據權力要求I所述的一種混合補償晶體振蕩器，其特征在于:加熱控制電路采用運放控制電路。
4.根據權力要求I所述的一種混合補償晶體振蕩器，其特征在于:所述數字信號處理模塊采用2812型號的DSP芯片。
5.根據權力要求I所述的一種混合補償晶體振蕩器，其特征在于:D/A轉換器采用MAX500-599 型號。
【專利摘要】本實用新型公開一種混合補償晶體振蕩器，包括數字信號處理模塊、D/A轉換器、加熱控制電路和壓控晶體振蕩器；壓控晶體振蕩器采用AT切型；壓控晶體振蕩器表面貼附加熱器件和感溫器件；感溫器件包括熱敏電阻和數字感溫芯片；感溫芯片將壓控晶體振蕩器環境的溫度信號傳送給數字信號處理模塊；熱敏電阻傳遞環境溫度信號至加熱控制電路；加熱控制電路輸出加熱功率信號至加熱器件；數字信號處理模塊的輸出數字信號至D/A轉換器；由D/A轉換器將數字信號處理模塊輸出的數字信號轉換為模擬信號輸出；D/A轉換器輸出的模擬信號輸入壓控晶體振蕩器。本實用新型的壓控晶體振蕩器在-55℃開機12s內就可達到1ppm頻率精度。
【IPC分類】H03H9-19, H03H9-02, H03H3-02
【公開號】CN204578494
【申請號】CN201520175127
【發明人】王仁康, 繆縱
【申請人】熊貓電子集團有限公司, 南京熊貓達盛電子科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月26日