專利名稱：自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數(shù)字溫補晶體振蕩器及其技術，尤其涉及一種可以自主完成 溫補擬合過程的數(shù)字溫補晶體振蕩器。
背景技術：
溫補晶體振蕩器憑借其體積小、功耗低、重量輕、開機特性快等特點被廣泛應用到 軍、民用通信電臺，衛(wèi)星通信、GPS、無線通訊等領域。在我國數(shù)字同步網(wǎng)三級以上高穩(wěn)晶體 時鐘領域還是普遍采用壓控恒溫晶體振蕩器，由于壓控恒溫晶體振蕩器的耗電大、體積大 很難滿足現(xiàn)代通信設備小型化、集成化的發(fā)展要求，近幾年來國內(nèi)外不少廠家在溫補晶體 振蕩器領域做了較大的努力，開發(fā)研制出各種型式的壓控溫補晶體振蕩器以替代壓控恒溫 晶體振蕩器，但因各種因素限制，大都很難如愿以償。目前同行業(yè)中數(shù)字溫補晶體振蕩器的 擬合測試多采用計算機全程控制，擬合過程數(shù)據(jù)全由計算機計算、處理及存儲，測試完成后 還需重新將擬合補償數(shù)據(jù)下載到數(shù)字溫補晶體振蕩器的存儲器中，這種方法在大批量生產(chǎn) 時受簡易通訊方法的限制，計算機不可能準確得采集到每個數(shù)字溫補晶體振蕩器內(nèi)部的真 實溫度，而實際工作中數(shù)字溫補晶體振蕩器 內(nèi)置的數(shù)字溫度傳感器與受補償?shù)膲嚎鼐w振 蕩器間存在較大的溫度滯后問題。因此計算機保存到的擬合補償數(shù)據(jù)與受補償?shù)膲嚎鼐?體振蕩器實際需要的補償數(shù)據(jù)偏差較大，使得頻率溫度穩(wěn)定度精度無法達到最佳，如專利 號為01273470. 5的實用新型專利“一種微機溫度補償晶體振蕩器”說明書中所述，其批量 試生產(chǎn)的20只樣品的主要性能參數(shù)中的頻率溫度特性指標僅能達到“-40°C +85°C小于 士 lppm”，滿足不了三級以上高穩(wěn)晶體時鐘的要求。又如西安電子科技大學劉蕓等發(fā)表的論 文《集成式壓控型溫補晶體振蕩器的二次補償》中“微機補償晶體振蕩器使用了微控制器 來進行數(shù)據(jù)的處理、計算及控制等操作，具有最好的頻率溫度特性，但由于微機補償晶體振 蕩器的造價昂貴、結構復雜，使其不能得到廣泛的應用?！痹撜撐淖髡邔⑽C補償晶體振蕩 器的原理與壓控溫補晶體振蕩器相結合，運用最簡單的單片機器件對其進行二次補償，使 壓控溫補晶體振蕩器的頻率溫度特性由士2X10_6提升至士0.3X106。但其還是不能滿足 三級以上高穩(wěn)晶體時鐘的要求。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了一種能夠自主完成溫補擬合過程的數(shù)字溫補晶 體振蕩器及其系統(tǒng)。本實用新型為解決其技術問題所采用的技術方案是自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，包括穩(wěn)壓器，所述穩(wěn)壓器連接電源輸入端，其輸出端連接至自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩 器各個部分，用于向各個部分提供穩(wěn)定的工作電壓；受補償壓控晶體振蕩器，作為自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的受補償對象及壓控頻 率源，其壓控端接收壓控電壓，并將處理后的信號從輸出端輸出；[0008]溫度傳感器，用于檢測自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的內(nèi)部環(huán)境溫度；微控制器，分別連接受補償壓控晶體振蕩器及溫度傳感器，并通過單總線連接外部設備進行通訊，所述微控制器作為產(chǎn)生溫度頻率補償電壓的控制中心，實時檢測溫度傳 感器的溫度，并實時輸出給受補償壓控晶體振蕩器在當前溫度下所需的溫補頻率校正數(shù) 據(jù)；壓控合成電路，其輸入端分別連接外部壓控電壓及微控制器的輸出端，輸出端連 接受補償壓控晶體振蕩器的壓控端，所述壓控合成電路用于合成外部壓控輸入電壓與微 控制器提供的數(shù)字溫補電壓，并將合成后的壓控電壓輸出至受補償壓控晶體振蕩器的壓控 端；以及整形電路，所述整形電路連接受補償壓控溫補晶體振蕩器的輸出端，用于將 受補償壓控溫補晶體振蕩器的輸出信號提純整形為正弦波或方波信號。數(shù)字溫補晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，采用上述的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，包 括電源裝置，用于向系統(tǒng)各部分供電；計算機管理中心，用于對系統(tǒng)的工作進行控制；程控高低溫箱，連接計算機管理中心，并通過計算機管理中心的命令對工作環(huán)境 溫度進行控制；若干生產(chǎn)測試單元，所述生產(chǎn)測試單元安裝于可程控高低溫箱內(nèi)，每個生產(chǎn)測試 單元配設有若干自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器。本實用新型的有益效果是本實用新型選用普通的壓控溫補晶體振蕩器做壓控 頻率源，再經(jīng)過自擬合數(shù)字溫補后，不僅可以保持現(xiàn)有晶體振蕩器體積小、功耗低、重量 輕、開機特性快等特點，并且是可以將頻率溫度特性指標提高到在全溫度范圍內(nèi)(-40°C +850C )的頻率溫度特性小于士0.05X10—6，達到甚至超過三級高穩(wěn)晶體時鐘的要求，同時 具有良好的壓控特性，實現(xiàn)工藝簡單，便于大批量生產(chǎn)。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明

圖1是數(shù)字溫補晶體振蕩器的原理結構框圖；圖2是壓控合成電路的原理圖；圖3數(shù)字溫補晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)結構框圖；圖4是自擬合成果實測數(shù)據(jù)圖表結果圖。
具體實施方式
本實用新型是一種以自擬合測試的數(shù)字補償壓控溫補晶體振蕩器，其原理框圖如 圖1所示，自擬合數(shù)字補償壓控溫補晶體振蕩器(sDCXO)包含穩(wěn)壓器1、受補償壓控晶體振 蕩器2、溫度傳感器3、微控制器4、壓控合成電路5及整形電路6，其中所述穩(wěn)壓器1是整個產(chǎn)品中的穩(wěn)壓電路，自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的外接電源 通過電源輸入端VCC經(jīng)穩(wěn)壓器1為受補償壓控溫補晶體振蕩器2、溫度傳感器3、微控制器 4、壓控合成電路5提供穩(wěn)定的直流工作電壓或直流偏置工作點；優(yōu)選的，所述穩(wěn)壓器1為低壓差線性穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓電壓為3. 3V。所述受補償壓控晶體振蕩器2作為自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的受補償對象及 壓控頻率源，其壓控端Vc’接收壓控電壓，并將受控制的頻率信號從輸出端Out輸出；受補 償壓控晶體振蕩器2可采用商品化的表面貼裝器件，即SMD器件，只要求其壓控頻率牽引范 圍足夠?qū)?，線性好，而對頻率溫度特性無嚴格要求；受補償壓控晶體振蕩器2的輸出頻率隨 其壓控輸入端Vc’的輸入電壓變化而變化，因而當環(huán)境溫度變化而引起受補償壓控晶體振 蕩器2的輸出頻率變化時，只要改變其壓控輸入端Vc’的輸入電壓，就可將變化的頻率拉回 到標稱頻率，從而達到補償目的。所述溫度傳感器3用于檢測自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的內(nèi)部環(huán)境溫度；所述微控制器4，即MCU，分別連接受補償壓控晶體振蕩器2及溫度傳感器3，并 通過單總線連接外部設備進行通訊，所述微控制器4作為產(chǎn)生溫度頻率補償電壓的控制中 心，實時檢測溫度傳感器3的溫度，并實時輸出給受補償壓控晶體振蕩器2在當前溫度下所 需的溫補頻率校正數(shù)據(jù)。所述壓控合成電路5是將外部壓控輸入電壓與微控制器4提供的數(shù)字溫補電壓的 共同作用，經(jīng)運算放大器合成輸出，作用于受補償壓控晶體振蕩器2的壓控端Vc’，實現(xiàn)自 擬合數(shù)字補償壓控溫補晶體振蕩器sDCXO頻率溫度補償和滿足壓控頻率牽引的雙重功能。 其輸入端分別連接外部壓控電壓及微控制器4的PWM輸出端，輸出端連接受補償壓控晶體 振蕩器2的壓控端Vc’。參照圖2，作為優(yōu)選方案，所述壓控合成電路5包括RC濾波器51 和運算放大器52，RC濾波器51輸入端連接微控制器4的PWM輸出端，其輸出端連接運算放 大器52的負端，所述運算放大器52的正端連接外部壓控電壓輸入端Vc，其輸出端連接受補 償壓控晶體振蕩器2的壓控端Vc’。所述整形電路6連接受補償壓控溫補晶體振蕩器2的輸出端Out，用于將受補償壓 控溫補晶體振蕩器2的輸出信號提純整形為正弦波或方波信號。進一步，作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述微控制器4包括有通信模塊、溫補 數(shù)據(jù)存儲單元、溫度測量模塊、脈寬調(diào)制模塊、補償擬合控制邏輯模塊，其中所述通信模塊連接微控制器4的I/O接口，其功能是控制單總線與自擬合數(shù)字溫 補晶體振蕩器外部設備通訊。所述溫補數(shù)據(jù)儲存單元為微控制器4的EEPR0M，用于數(shù)據(jù)儲存。所述溫度測量模塊，所述溫度測量模塊通過微控制器4的I/O接口連接溫度傳感器3，并通過單總線控制及讀取溫度傳感器3的檢測溫度。所述脈寬調(diào)制模塊，即PWM模塊，其作用是產(chǎn)生補償壓控晶體振蕩器2需要的溫度 補償電壓；脈寬調(diào)制模塊在補償擬合控制邏輯模塊的控制下，產(chǎn)生一定的占空比方波，方波 由壓控合成電路5濾波為直流電壓，再經(jīng)運放合成而后產(chǎn)生可程控的溫度補償電壓輸出至 受補償壓控晶體振蕩器2。所述補償擬合控制邏輯模塊分別連接通訊模塊、溫補數(shù)據(jù)儲存單元及溫度測量模 塊；補償擬合控制邏輯模塊在自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器正常使用時的功能是通過溫補 數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)計算出對應的溫度補償數(shù)據(jù)，并控制脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生相應的溫度補 償電壓；在自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器為擬合狀態(tài)時，其功能是通過通訊模塊從外部設 備獲得當前頻率，通過溫度測量模塊測量自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的溫度，并計算頻率偏差及溫補校正數(shù)據(jù)，然后將溫度數(shù)據(jù)及溫補電壓寫入溫補數(shù)據(jù)存儲單元進行存儲，實現(xiàn) 自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器自擬合。本實用新型充分利用自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器內(nèi)部的微控制器4，在自擬合數(shù) 字溫補晶體振蕩器溫度擬合測試的每個溫度點，自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器自測其內(nèi)部晶 體的實時溫度，自行通過頻率偏差計算壓控校正電壓，并自行產(chǎn)生校正電壓控制自擬合數(shù) 字溫補晶體振蕩器內(nèi)部的頻率輸出，以驗證壓控補償后的頻率是否正確。因此，除了當前頻 率值需要自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器外部設備傳入外，所有計算、環(huán)境采集、壓控電壓產(chǎn)生 均完全使用自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器內(nèi)部器件，所以對每個自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器 來講，擬合環(huán)境即為實際使用環(huán)境，盡可能的消除了擬合過程與產(chǎn)品使用過程中的環(huán)境差 另|J。從而保證了自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器在全溫度范圍內(nèi)(-40°c +85°C)的溫度穩(wěn)定 度小于士0. 05Χ10Λ本實用新型還提供了數(shù)字溫補晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，其采用上述的自擬合數(shù) 字溫補晶體振蕩器，參照圖3，其包括有電源裝置7、計算機管理中心8、程控高低溫箱9、生 產(chǎn)測試單元10及待測的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器11，其中所述電源裝置7采用工業(yè)用電，并設開關電源，用于向計算機管理中心8、程控高 低溫箱9及生產(chǎn)測試單元10供電。所述計算機管理中心8，即PC管理中心，其儲存了系統(tǒng)的軟件程序，用于對系統(tǒng)的 工作進行控制。所述程控高低溫箱9，連接計算機管理中心8，并通過計算機管理中心8的命令對 其內(nèi)部的工作環(huán)境溫度進行控制。所述生產(chǎn)測試單元10安裝于可程控高低溫箱9內(nèi)，每個生產(chǎn)測試單元10配設有 若干自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器11，并且，待測自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器-11的工作電 源是由生產(chǎn)測試單元10轉(zhuǎn)化后提供。系統(tǒng)工作時，當計算機管理中心8發(fā)啟進入擬合測試的命令，所有的自擬合數(shù)字 溫補晶體振蕩器即同時進入自擬合狀態(tài)，直至自擬合測試完成。本實用新型的擬合測試過程中只要計算機管理中心8的計算機發(fā)啟進入擬合測 試命令，多個自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器即同時進入自擬合狀態(tài)，計算機不必再介入每個 自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的擬合測試過程中，提高了單位時間生產(chǎn)效率。理論上，按115200波特的通訊速率，擬合時以每只產(chǎn)品20byte/s的通訊量進行計 算，傳統(tǒng)的擬合方法1秒內(nèi)極限情況下可完成115200/11/20 ^ 520只產(chǎn)品的擬合測試，眾 所周知，這種極限不間斷的通訊是不存在的。實際情況去掉一些通訊間隔及其它時間開銷， 1秒鐘最多只能完成200只左右產(chǎn)品。本實用新型的自擬合測試進入擬合狀態(tài)后已不再受 計算機通訊速率的限制，理論上單位時間可以實現(xiàn)任意數(shù)量只產(chǎn)品同時進行擬合，實際情 況受高低溫箱等設備容積限制實現(xiàn)5000 10000只產(chǎn)品的測試是完全可能的。目前，國內(nèi)幾家大型通信設備制造商對三級高穩(wěn)晶體時鐘的頻率溫度特性要求如 下1.工作溫度0°C 60°C，頻率溫度特性優(yōu)于士5 X 10_8 ；2.工作溫度-20°C 70°C，頻率溫度特性優(yōu)于士 1 X IO"7 ；參照圖4為自擬合成果實測數(shù)據(jù)圖表，是批量試生產(chǎn)任意20只產(chǎn)品的溫度特性指標示意圖，圖中橫坐標表示40°C +85°C溫度范圍，縱坐標表示自擬合成果，當前溫度Tn對 應的實時頻率Fn與常溫Fo (25°C )的相對頻偏(X 10_6)，全部達到小于士0.05X10—6的極 好特性。由于溫度擬合測試過程中，溫度擬合補償數(shù)據(jù)實時保存到自擬合數(shù)字溫補晶體振 蕩器內(nèi)部的微控制器4的EEPROM內(nèi)，完全實現(xiàn)自行擬合、自行保存數(shù)據(jù)，整個測試過程中只 要保證自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器自身不出現(xiàn)異常，其它任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都不會對整個 測試過程造成任何影響，完全擺脫了由計算機操控全程可能引起的弊端，更盡量可能的避 免了人為介入，避免了人為操作失 誤將引起的不必要的風險。本實用新型的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器使用自有資源，自主完成溫補擬合過 程，在提高溫度特性指標的同時兼顧了壓控特性。擬合測試過程擺脫計算機全程控制，避免 了因外設異常或人工操作失誤所引起的風險。通過批量試生產(chǎn)，本實用新型批量(1280只)試生產(chǎn)的溫度特性指標在-40°C +85°C全溫度范圍內(nèi)全部達到小于士0. 05X10_6的極好特性，比現(xiàn)行同類產(chǎn)品高出10-20 倍，完全達到甚至超過三級高穩(wěn)晶體時鐘的指標要求，實現(xiàn)了頻率溫度穩(wěn)定度達到最佳的 效果。本實用新型的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器使用自身資源，自主完成溫補擬合過 程，從而保證了產(chǎn)品內(nèi)部使用環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的一致，極大的提高了溫補數(shù)據(jù)的準確性，從 而保證了頻率溫度穩(wěn)定度精度；擬合測試過程擺脫計算機全程控制，提高單位時間生產(chǎn)效 率，避免了因外設異常或人工操作失誤所引起的風險；本實用新型批量試生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫 度特性指標_40°C +85°C全部達到小于士 0. 05 ΧΙΟ"6的極好特性，比同類產(chǎn)品高出10-20 倍，超過三級時鐘恒溫晶體振蕩器的頻率溫度穩(wěn)定度指標，完全使得頻率溫度穩(wěn)定度精度 達到最佳的效果。
權利要求自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，其特征在于包括穩(wěn)壓器(1)，所述穩(wěn)壓器(1)連接電源輸入端(VCC)，其輸出端連接至自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器各個部分，用于向各個部分提供穩(wěn)定的工作電壓；受補償壓控晶體振蕩器(2)，作為自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的受補償對象及壓控頻率源，其壓控端(Vc’)接收壓控電壓，并將處理后的信號從輸出端(Out)輸出；溫度傳感器(3)，用于檢測自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器的內(nèi)部環(huán)境溫度；微控制器(4)，分別通過壓控合成電路(5)連接受補償壓控晶體振蕩器(2)及溫度傳感器(3)，并通過單總線連接外部設備進行通訊，所述微控制器(4)作為產(chǎn)生溫度頻率補償電壓的控制中心，實時檢測溫度傳感器(3)的溫度，并實時輸出給受補償壓控晶體振蕩器(2)在當前溫度下所需的溫補頻率校正數(shù)據(jù)；壓控合成電路(5)，其輸入端分別連接外部壓控電壓及微控制器(4)的PWM輸出端，其輸出端連接受補償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Vc’)，所述壓控合成電路(5)用于合成外部壓控輸入電壓與微控制器(4)提供的數(shù)字溫補電壓，并將合成后的壓控電壓輸出至受補償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Vc’)； 以及整形電路(6)，所述整形電路(6)連接受補償壓控溫補晶體振蕩器(2)的輸出端(Out)，用于將受補償壓控溫補晶體振蕩器(2)的輸出信號提純整形為正弦波或方波信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，其特征在于所述微控制器(4) 包括通信模塊，所述通信模塊連接微控制器(4)的I/O接口，用于控制單總線與自擬合數(shù)字 溫補晶體振蕩器的外部設備通訊；溫補數(shù)據(jù)儲存單元，所述溫補數(shù)據(jù)儲存單元為微控制器(4)內(nèi)部的EEPR0M，用于數(shù)據(jù) 儲存；溫度測量模塊，所述溫度測量模塊通過微控制器(4)的I/O接口連接溫度傳感器(3)， 并通過單總線通訊控制及讀取溫度傳感器(3)的檢測溫度；脈寬調(diào)制模塊，所述脈寬調(diào)制模塊用于產(chǎn)生需要的溫度補償電壓，即產(chǎn)生一定的占空 比方波，并輸出至壓控合成電路(5)，經(jīng)壓控合成電路(5)濾波為直流電壓再經(jīng)運放處理成 可程控的溫度補償電壓；補償擬合控制邏輯模塊，所述補償擬合控制邏輯模塊分別連接通訊模塊、溫補數(shù)據(jù)儲 存單元及溫度測量模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，其特征在于，所述壓控合成電 路(5)包括RC濾波器(51)和運算放大器(52)，RC濾波器(51)輸入端連接微控制器(4) 的輸出端，其輸出端連接運算放大器(52)的負端，所述運算放大器(52)的正端連接外部壓 控電壓輸入端(Vc)，其輸出端連接受補償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Vc’)。
4.根據(jù)權利要求1所述的自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，其特征在于，所述穩(wěn)壓器(1)為 低壓差線性穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓電壓為3. 3V。
5.數(shù)字溫補晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，采用權利要求1所述的自擬合數(shù)字溫補晶體振 蕩器，其特征在于包括電源裝置(7)，用于向系統(tǒng)各部分供電； 計算機管理中心(8)，用于對系統(tǒng)的工作進行控制；程控高低溫箱(9)，連接計算機管理中心(8)，并通過計算機管理中心(8)的命令對工 作環(huán)境溫度進行控制；若干生產(chǎn)測試單元(10)，所述生產(chǎn)測試單元(10)安裝于可程控高低溫箱(9)內(nèi)，每個 生產(chǎn)測試單元(10)配設有若干自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器(11)。
專利摘要本實用新型公開了自擬合數(shù)字溫補晶體振蕩器，其包括穩(wěn)壓器、受補償壓控晶體振蕩器、溫度傳感器、微控制器、壓控合成電路以及整形電路(6)；本實用新型使用自身資源，自主完成溫補擬合過程，從而保證了產(chǎn)品內(nèi)部使用環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的一致，極大的提高了溫補數(shù)據(jù)的準確性，從而保證了溫度穩(wěn)定度精度；擬合測試過程擺脫計算機全程控制，提高單位時間生產(chǎn)效率，避免了因外設異?；蛉斯げ僮魇д`所引起的風險；本實用新型批量試生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度特性指標-40℃～+85℃全部達到小于±0.05×10-6的極好特性，比同類產(chǎn)品高出10-20倍，超過三級時鐘恒溫晶體振蕩器的頻率溫度穩(wěn)定度指標，完全使得溫度穩(wěn)定度精度達到最佳的效果。
文檔編號G01R31/28GK201571042SQ20092005966
公開日2010年9月1日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權日2009年7月2日
發(fā)明者葉碧波, 孫利軍, 李健, 李曉云 申請人:廣州市天馬電訊科技有限公司