專利名稱：自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器及其系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器及其技術(shù)，尤其涉及一種可以自主完成溫補(bǔ)擬合過程的數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器及其系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
溫補(bǔ)晶體振蕩器憑借其體積小、功耗低、重量輕、開機(jī)特性
快等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到軍、民用通信電臺，衛(wèi)星通信、GPS、無線通訊等領(lǐng)域。目前行業(yè)中數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的擬合測試多采用計(jì)算機(jī)全程控制，擬合過程數(shù)據(jù)全由計(jì)算機(jī)計(jì)算、處理及存儲，測試完成后還需重新將擬合補(bǔ)償數(shù)據(jù)下載到數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的存儲器中，這樣的溫度擬合測試方法存在以下弊端
(1 )由于溫度擬合過程中需要計(jì)算機(jī)全程介入到每個(gè)數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器，在批量生產(chǎn)時(shí)受簡易通訊方式(比如RS232)的限制，計(jì)算機(jī)不可能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的采集到每個(gè)數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器內(nèi)部真實(shí)溫度，使得擬合得出的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)與數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器實(shí)際工作時(shí)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)偏差較大，從而頻率溫度穩(wěn)定度精度無法達(dá)到最佳。如專利號為01273470.5的實(shí)用新型專利"一種微機(jī)溫度補(bǔ)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)中的溫度特性指標(biāo)僅能達(dá)到"頻溫特性達(dá)到-40"€ +85°(:小于±4 111";(2) 溫度擬合測試生產(chǎn)過程中所有數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)計(jì)算和處理，所以需要計(jì)算機(jī)全程介入每個(gè)數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的擬合，而且以計(jì)算機(jī)輪詢方式為每只數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器進(jìn)行擬合，極大的限制了單位時(shí)間的生產(chǎn)效率；
(3) 由于溫度擬合過程中，溫度擬合補(bǔ)償數(shù)據(jù)直接保存到計(jì)算機(jī)，溫度擬合測試完成后，還需再將計(jì)算機(jī)保存下來的溫度擬合補(bǔ)償數(shù)據(jù)下載到數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器內(nèi)部的MCU的存儲器中，擬合時(shí)間一般在4小時(shí)左右，如此由于數(shù)據(jù)記錄時(shí)間與保存到數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器內(nèi)部的MCU的存儲器的時(shí)間相差較遠(yuǎn)，若溫度擬合測試過程或擬合補(bǔ)償數(shù)據(jù)下載過程中整套測系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都會(huì)使得生產(chǎn)工序變得更加煩瑣，必要時(shí)還更增加了人工操作失誤等風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了 一種能夠自主完成溫補(bǔ)擬合過程的數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器及其系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是穩(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)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器各個(gè)部分，用于向各個(gè)部分提供
穩(wěn)定的工作電壓；
受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器，作為自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振
蕩器的受補(bǔ)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；
溫度傳感器，用于檢測自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的內(nèi)部環(huán)境溫度；
微控制器，分別連接受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器及溫度傳感器及連接受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器，并通過單總線連接外部設(shè)備進(jìn)行通訊，所述微控制器作為產(chǎn)生溫度頻率補(bǔ)償電壓的控制中心，實(shí)時(shí)檢測溫度傳感器的溫度，并實(shí)時(shí)輸出給受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器在當(dāng)前溫度下所需的溫補(bǔ)頻率校正數(shù)據(jù)；
以及壓控合成電路，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(bǔ)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(bǔ)電壓，并將合成后的壓控電壓輸出至受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器的壓控端。
數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，采用上述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括
電源裝置，用于向系統(tǒng)各部分供電；
計(jì)算機(jī)管理中心，用于對系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制；
程控高低溫箱，連接計(jì)算機(jī)管理中心，并通過計(jì)算機(jī)管理中心的命令對工作環(huán)境溫度進(jìn)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(gè)生產(chǎn)測試單元配設(shè)有若干自擬合數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器。
數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)的自擬合實(shí)現(xiàn)方法，先由計(jì)算機(jī)管理中心啟動(dòng)系統(tǒng)，初始化各項(xiàng)參數(shù)，校驗(yàn)參數(shù)是否符合要求，選擇擬合測試，n個(gè)生產(chǎn)測試單元接收到開始擬合測試指令后，保存校驗(yàn)通過的參數(shù)，n個(gè)生產(chǎn)測試單元同時(shí)對m個(gè)數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器進(jìn)行故障檢測并將檢測結(jié)果上報(bào)，n個(gè)生產(chǎn)測試單元同時(shí)將必要的參數(shù)下載到所對應(yīng)的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器保存參數(shù)并觸發(fā)啟動(dòng)自擬合流程，自擬合流程包括以下步驟
a) 計(jì)算機(jī)管理中心通過生產(chǎn)測試單元設(shè)置自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的目標(biāo)頻率F。；生產(chǎn)測試單元測出自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器實(shí)時(shí)頻率Fn，并將F。、 Fn通過單總線發(fā)送給自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器；
b) 自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器通過其內(nèi)的溫度傳感器自測得到溫度Tx;自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器內(nèi)的微控制器通過Fi與F。的差值SF產(chǎn)F廣F。計(jì)算出當(dāng)前溫度Tx相對應(yīng)的校正壓控電壓Vr「Vro+SF ,XK，其中K為校正經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，針對不同型號晶體，由實(shí)驗(yàn)獲得；微控制器將Vrl加于受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器的壓控端Ve',并記錄Tx、 SF^ Vr1;
c) 重復(fù)步驟b)，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器計(jì)算并保存當(dāng)前溫度1\對應(yīng)的n組數(shù)據(jù)Vrn、 SFn;
d) 循環(huán)步驟c)、 d)，直到Tx變化；
e) 由于所有數(shù)據(jù)都是在溫度Tx下測量的，壓控電壓Vr變化較小時(shí)，壓控-頻率變化SF是近似線性的，可近似為公式
SF=aXVr+b (其中a、 b為常數(shù))；微控制器通過數(shù)據(jù)(Vn,5F。 ~ (Vrn，SFn)，由最小二乘 法得出系數(shù)a、b。當(dāng)SF:0時(shí)，可計(jì)算出溫度為TJ寸的最佳 校正壓控電壓；所以有aXVrx+b=0， Vrx=-b/a 。保存Vrx與 Tx到微控制器內(nèi)部的可自編程只讀存儲器；
f) 循環(huán)步驟c) f)，直到得到-4(TC +85"C范圍內(nèi)所有溫度點(diǎn) 對應(yīng)的校正壓控電壓；由于實(shí)際測得的Tx,Vrx有限，自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器在實(shí)際補(bǔ)償時(shí)對相臨補(bǔ)償溫度點(diǎn)進(jìn)行 最小二乘法曲線擬合，并在產(chǎn)品正常使用時(shí)進(jìn)行壓控插值補(bǔ) 償，以達(dá)到更高分辨率的溫度校正；
g) 生產(chǎn)測試單元觸發(fā)自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器終止補(bǔ) 償擬合流程，并將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)管理中心；
h) 計(jì)算機(jī)管理中心根據(jù)需要讀取數(shù)據(jù)，并通過程控高低溫箱啟 動(dòng)高低溫測試流程；
i) 溫度測試完畢；
j)完成自擬合步驟。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 器使用自身資源，自主完成溫補(bǔ)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(bǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性，從而保證了溫度穩(wěn)定度精度；擬合測試過程擺脫計(jì)算機(jī)全 程控制，提高單位時(shí)間生產(chǎn)效率，避免了因外設(shè)異?；蛉斯げ?作失誤所引起的風(fēng)險(xiǎn)；本發(fā)明批量試生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度特性指 標(biāo)-40。C +85。C全部達(dá)到小于土0.05ppm的極好特性，比同類產(chǎn)品高出10-20倍，超過三級時(shí)鐘恒溫晶體振蕩器的頻率溫度 穩(wěn)定度指標(biāo)，完全使得溫度穩(wěn)定度精度達(dá)到最佳的效果。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明 圖1是數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的原理結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是壓控合成電路的原理圖3是數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是自擬合實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種以自擬合測試的數(shù)字補(bǔ)償壓控溫補(bǔ)晶 體振蕩器，其原理框圖如圖l所示，自擬合數(shù)字補(bǔ)償壓控溫補(bǔ) 晶體振蕩器(sDCXO)包含穩(wěn)壓器1、受補(bǔ)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，其中
所述穩(wěn)壓器1是整個(gè)產(chǎn)品中的穩(wěn)壓電路，自擬合數(shù)字溫度 補(bǔ)償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(bǔ)償壓控溫補(bǔ)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(diǎn)； 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。由于其低功耗、高效率、低噪聲、高抗擾、體積小、重 量輕，因此較適合于應(yīng)用在本發(fā)明的技術(shù)上。
所述受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器2作為自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶 體振蕩器的受補(bǔ)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；受補(bǔ)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)挘€性好，而對頻率溫度特性無 嚴(yán)格要求；受補(bǔ)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(dāng)環(huán)境溫度變化而引起受 補(bǔ)償壓控晶體振蕩器2的輸出頻率變化時(shí)，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(biāo)稱頻率，從 而達(dá)到補(bǔ)償目的。
所述溫度傳感器3用于檢測自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 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(bǔ)償壓控晶體振蕩 器2及溫度傳感器3及連接受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器2，并通過 單總線連接外部設(shè)備進(jìn)行通訊，所述微控制器4作為產(chǎn)生溫度 頻率補(bǔ)償電壓的控制中心，實(shí)時(shí)檢測溫度傳感器3的溫度，并 實(shí)時(shí)輸出給受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器2在當(dāng)前溫度下所需的溫補(bǔ) 頻率校正數(shù)據(jù)。
以及壓控合成電路5，其輸入端分別連接外部壓控電壓及 微控制器4的輸出端，輸出端連接受補(bǔ)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(bǔ)電壓，并將合成后的壓控電壓輸 出至受補(bǔ)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(yùn)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(yùn)算放大器52的負(fù)端，所述運(yùn)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(bǔ)償壓控晶體振蕩器 2的壓控端Vc'。
進(jìn)一步，作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述微控制器4包 括有通信模塊、溫補(bǔ)數(shù)據(jù)存儲單元、溫度測量模塊、脈寬調(diào)制 模塊、補(bǔ)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1/0接口，其功能是控制 單總線與自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器外部設(shè)備通訊。
所述溫補(bǔ)數(shù)據(jù)儲存單元為微控制器4的電可擦可編程只讀 存儲器(EEPROM)，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 1/0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(bǔ)償壓 控晶體振蕩器2需要的溫度補(bǔ)償電壓；脈寬調(diào)制模塊在補(bǔ)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，而后產(chǎn)生可程控的溫度補(bǔ)償電 壓輸出至補(bǔ)償壓控晶體振蕩器2。
所述補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊分別連接通訊模塊、溫補(bǔ)數(shù)據(jù) 儲存單元及溫度測量模塊；補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊在自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器正常使用時(shí)的功能是通過溫補(bǔ)數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并控制脈寬調(diào)制模 塊產(chǎn)生相應(yīng)的溫度補(bǔ)償電壓；在自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 器為擬合狀態(tài)時(shí)，其功能是通過通訊模塊從外部設(shè)備獲得當(dāng) 前頻率，通過溫度測量模塊測量自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 器的溫度，并計(jì)算頻率偏差及溫補(bǔ)校正數(shù)據(jù)，然后將溫度數(shù)據(jù) 及溫補(bǔ)電壓寫入溫補(bǔ)數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)自擬合數(shù)字 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器自擬合。
本發(fā)明充分利用自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器內(nèi)部的 微控制器4，在自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器溫度擬合測試 的每個(gè)溫度點(diǎn)，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器自測其內(nèi)部晶 體的實(shí)時(shí)溫度，自行通過頻率偏差計(jì)算壓控校正電壓，并自行 產(chǎn)生校正電壓控制自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器內(nèi)部晶體 的頻率輸出，以驗(yàn)證壓控補(bǔ)償后的頻率是否正確。因此，除了 當(dāng)前頻率值需要自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器外部設(shè)備傳 入外，所有計(jì)算、環(huán)境采集、壓控電壓產(chǎn)生均完全使用自擬合 數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器內(nèi)部器件，所以對每個(gè)自擬合數(shù)字溫 度補(bǔ)償晶體振蕩器來講，擬合環(huán)境即為實(shí)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)境差別。從而保證了
自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償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0.05ppm。
本發(fā)明還提供了數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，其采 用上述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，參照圖3，其包括有電源裝置6、計(jì)算機(jī)管理中心7、程控高低溫箱8、生產(chǎn)測
試單元9及待測的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10，其中
所述電源裝置6采用工業(yè)用電，并設(shè)開關(guān)電源，用于向計(jì) 算機(jī)管理中心7、程控高低溫箱8及生產(chǎn)測試單元9供電。
所述計(jì)算機(jī)管理中心7，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(jìn)行控制。
所述程控高低溫箱8，連接計(jì)算機(jī)管理中心7，并通過計(jì) 算機(jī)管理中心7的命令對其內(nèi)部的工作環(huán)境溫度進(jìn)行控制。
所述生產(chǎn)測試單元9安裝于可程控高低溫箱8內(nèi)，每個(gè)生 產(chǎn)測試單元9配設(shè)有若干自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10， 并且，待測自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10的工作電源是 由生產(chǎn)測試單元9進(jìn)行直流轉(zhuǎn)化后，再提供給穩(wěn)壓器1，穩(wěn)壓 器1進(jìn)行DC-DC變換提供給自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 使用，此外穩(wěn)壓器1采用低壓差線性穩(wěn)壓器，能達(dá)到較高的轉(zhuǎn) 換效率。
系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)計(jì)算機(jī)管理中心7發(fā)啟進(jìn)入擬合測試的命 令，所有的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器即同時(shí)進(jìn)入自擬合 狀態(tài)，直至自擬合測試完成。
參照圖4，數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)的自擬合實(shí) 現(xiàn)方法，先由計(jì)算機(jī)管理中心7啟動(dòng)系統(tǒng)，初始化各項(xiàng)參數(shù)， 校驗(yàn)參數(shù)是否符合要求，選擇擬合測試，n個(gè)生產(chǎn)測試單元9 接收到開始擬合測試指令后，保存校驗(yàn)通過的參數(shù)，n個(gè)生產(chǎn)測試單元9同時(shí)對m個(gè)自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10進(jìn) 行故障檢測并將檢測結(jié)果上報(bào)，n個(gè)生產(chǎn)測試單元9同時(shí)將必 要的參數(shù)下載到所對應(yīng)的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，自 擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器保存參數(shù)并觸發(fā)啟動(dòng)自擬合流 程，自擬合流程包括以下步驟
a) 計(jì)算機(jī)管理中心(7)通過生產(chǎn)測試單元(9)設(shè)置自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10 (sDCXO)的目標(biāo)頻率F。；生產(chǎn)測 試單元(9)測出自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10(sDCXO) 實(shí)時(shí)頻率Fn，并將F。、 Fn通過單總線發(fā)送給自擬合數(shù)字溫度補(bǔ) 償晶體振蕩器；
b) 自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10 (sDCXO)通過其內(nèi)的 溫度傳感器(3)自測得到溫度Tx;自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 器10(sDCXO)內(nèi)的微控制器(4)通過Fi與F。的差值S F尸F(xiàn)廣F。 計(jì)算出當(dāng)前溫度Tx相對應(yīng)的校正壓控電壓Vr「Vro+SF ,XK
(其中K為校正經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，針對不同型號晶體，由實(shí)驗(yàn)獲得)。 微控制器(4)將Vn加于受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)的壓控 端(Ve，)，并記錄Tx、 SF!、 Vr1;
c) 重復(fù)步驟b)，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10(sDCXO) 計(jì)算并保存當(dāng)前溫度L對應(yīng)的n組數(shù)據(jù)Vrn、 SFn;
d) 循環(huán)步驟C)、 d)，直到Tx變化；
e) 由于所有數(shù)據(jù)都是在溫度Tx下測量的，壓控電壓Vr變化較 小時(shí)，壓控-頻率變化SF是近似線性的，可近似為公式S F =aXVr+b(其中a、 b為常數(shù))； 微控制器(4)通過數(shù)據(jù)(Vn,SF 。 ~ (Vrn,SF n)，由最 小二乘法得出系數(shù)a、 b。當(dāng)SF:0時(shí)，可計(jì)算出溫度為Tx時(shí) 的最佳校正壓控電壓；所以有aXVrx+b=0， Vrx=-b/a 。保存 Vrx與Tx到微控制器(4)內(nèi)部的可自編程只讀存儲器；
f) 循環(huán)步驟c) f)，直到得到-40。C +85。C范圍內(nèi)所有溫度點(diǎn) 對應(yīng)的校正壓控電壓。由于實(shí)際測得的Tx,Vrx有限，自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器10 (sDCXO)在實(shí)際補(bǔ)償時(shí)對相臨補(bǔ)償 溫度點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，并在產(chǎn)品正常使用時(shí)進(jìn)行壓 控插值補(bǔ)償，以達(dá)到更高分辨率的溫度校正；
g) 生產(chǎn)測試單元9觸發(fā)自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器終止 補(bǔ)償擬合流程，并將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)管理中心7;
h) 計(jì)算機(jī)管理中心7根據(jù)需要讀取數(shù)據(jù)，并通過程控高低溫箱 (8)啟動(dòng)高低溫測試流程；
i) 溫試完畢，計(jì)算機(jī)管理中心7給出生產(chǎn)測試報(bào)告，給出合格 產(chǎn)品列表，不合格產(chǎn)品處理意見等報(bào)告；
j)完成自擬合步驟。
本發(fā)明的擬合測試過程中只要計(jì)算機(jī)管理中心7的計(jì)算機(jī) 發(fā)啟進(jìn)入擬合測試命令，多個(gè)自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 即同時(shí)進(jìn)入自擬合狀態(tài)，計(jì)算機(jī)不必再介入每個(gè)自擬合數(shù)字溫 度補(bǔ)償晶體振蕩器的擬合測試過程中，提高了單位時(shí)間生產(chǎn)效 率。目前，國內(nèi)幾家大型通信設(shè)備制造商對三級高穩(wěn)晶體時(shí)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±5 X 10E-8;
2. 工作溫度-20°C 70°C，頻率溫度特性優(yōu)于土IX
10E-7;
根據(jù)測試，當(dāng)前溫度Tn對應(yīng)的實(shí)時(shí)頻率Fn與常溫Fo ( 25 °C)的相對頻偏(ppm)，全部產(chǎn)品均能達(dá)到小于士0.05ppm的
極好特性。
本發(fā)明選用商品化的SMD器件受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器做 壓控頻率源，再經(jīng)過自擬合數(shù)字溫補(bǔ)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(jī)特性快等特點(diǎn)，更主 要的是可以將溫度特性指標(biāo)提高到在全溫度范圍內(nèi)(-40°C +85°C)的頻率溫度特性小于士5X10E-8，達(dá)到甚至超過三級高 穩(wěn)晶體時(shí)鐘的要求，同時(shí)具有良好的壓控特性，實(shí)現(xiàn)工藝簡単-， 便于大批量生產(chǎn)。
理論上，按115200波特的通訊速率，擬合時(shí)以每只產(chǎn)品 20byte/s的通訊量進(jìn)行計(jì)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(shí)際情況去掉一些通訊間 隔及其它時(shí)間開銷，1秒鐘最多只能完成200只左右產(chǎn)品。本 發(fā)明的自擬合測試進(jìn)入擬合狀態(tài)后已不再受計(jì)算機(jī)通訊速率 的限制，理論上單位時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)量只產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行擬合，實(shí)際情況受高低溫箱等設(shè)備容積限制實(shí)現(xiàn)5000-10000只 產(chǎn)品的測試是完全可能的。
由于溫度擬合測試過程中，溫度擬合補(bǔ)償數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到 自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器內(nèi)部的微控制器4的EEPROM 內(nèi)，完全實(shí)現(xiàn)自行擬合、自行保存數(shù)據(jù)，整個(gè)測試過程中只要 保證自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償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(huì)對整個(gè)測試過程造成任何影響，完全擺 脫了由計(jì)算機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1、自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，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)，用于向各個(gè)部分提供穩(wěn)定的工作電壓；受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)，作為自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的受補(bǔ)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)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的內(nèi)部環(huán)境溫度；微控制器(4)，分別連接受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)、溫度傳感器(3)，并通過單總線連接外部設(shè)備進(jìn)行通訊，所述微控制器(4)作為產(chǎn)生溫度頻率補(bǔ)償電壓的控制中心，實(shí)時(shí)檢測溫度傳感器(3)的溫度，并實(shí)時(shí)輸出給受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)在當(dāng)前溫度下所需的溫補(bǔ)頻率校正數(shù)據(jù)；以及壓控合成電路(5)，其輸入端分別連接外部壓控電壓及微控制器(4)的輸出端，輸出端連接受補(bǔ)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(bǔ)電壓，并將合成后的壓控電壓輸出至受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Vc’)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器， 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/0接口， 用于控制單總線與自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的外部設(shè) 備通訊；溫補(bǔ)數(shù)據(jù)儲存單元，所述溫補(bǔ)數(shù)據(jù)儲存單元為微控制器 (4)的電可擦可編程只讀存儲器，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 1/0接口連接溫度傳感器(3)，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(bǔ) 償電壓；補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊，所述補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊分別 連接通訊模塊、溫補(bǔ)數(shù)據(jù)儲存單元及溫度測量模塊；在自擬合 數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器正常工作時(shí)，補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊 通過溫補(bǔ)數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并 控制脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的溫度補(bǔ)償電壓；在自擬合數(shù)字溫 度補(bǔ)償晶體振蕩器為擬合狀態(tài)時(shí)，補(bǔ)償擬合控制邏輯模塊通過 通訊模塊從外部設(shè)備獲得當(dāng)前頻率，通過溫度測量模塊測量自 擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的溫度，并計(jì)算頻率偏差及溫補(bǔ) 校正數(shù)據(jù)，然后將溫度數(shù)據(jù)及溫補(bǔ)電壓寫入溫補(bǔ)數(shù)據(jù)存儲單元 進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)自擬合。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器， 其特征在于，所述壓控合成電路(5)包括RC濾波器(51)和運(yùn)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(yùn)算放大器(52)的負(fù)端，所述運(yùn)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(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Vc')。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器， 其特征在于，所述穩(wěn)壓器(1)為低壓差線性穩(wěn)壓器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩 器，其特征在于，所述穩(wěn)壓器(1)的穩(wěn)壓電壓為3.3V。
6、 數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)，采用權(quán)利要求1所述 的自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于包括電源裝置(6)，用于向系統(tǒng)各部分供電； 計(jì)算機(jī)管理中心(7)，用于對系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制； 程控高低溫箱(8)，連接計(jì)算機(jī)管理中心(7)，并通過計(jì)算機(jī)管理中心(7)的命令對工作環(huán)境溫度進(jìn)行控制；若干生產(chǎn)測試單元(9)，安裝于可程控高低溫箱(8)內(nèi)，每個(gè)生產(chǎn)測試單元(9)配設(shè)有若干自擬合數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器(10)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)的 自擬合實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，先由計(jì)算機(jī)管理中心(7)啟 動(dòng)系統(tǒng)，初始化各項(xiàng)參數(shù)，校驗(yàn)參數(shù)是否符合要求，選擇擬合 測試，n個(gè)生產(chǎn)測試單元(9)接收到開始擬合測試指令后，保 存校驗(yàn)通過的參數(shù)，n個(gè)生產(chǎn)測試單元(9)同時(shí)對m個(gè)自擬合數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器(10)進(jìn)行故障檢測并將檢測結(jié)果上報(bào)， n個(gè)生產(chǎn)測試單元(9)同時(shí)將必要的參數(shù)下載到所對應(yīng)的自擬 合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體 振蕩器(10)保存參數(shù)并觸發(fā)啟動(dòng)自擬合流程，自擬合流程包 括以下步驟a) 計(jì)算機(jī)管理中心(7)通過生產(chǎn)測試單元(9)設(shè)置自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)的目標(biāo)頻率F。； 生產(chǎn)測試單元(9)測出自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)實(shí)時(shí)頻率Fn，并將F。、 Fn通過單總線發(fā)送給自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器；b) 自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)通過其內(nèi)的溫度傳感 器(3)自測得到溫度Tx;自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10) 內(nèi)的微控制器(4)通過F,與F。的差值SF嚴(yán)F,-F。計(jì)算出當(dāng)前 溫度L相對應(yīng)的校正壓控電壓Vr^Vro+S t、XK，其中K為校 正經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，針對不同型號晶體，由實(shí)驗(yàn)獲得；微控制器(4) 將Vn加于受補(bǔ)償壓控晶體振蕩器(2)的壓控端(Ve')，并記 錄Tx、 SF " Vr1;c) 重復(fù)步驟b)，自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)計(jì)算并 保存當(dāng)前溫度八對應(yīng)的n組數(shù)據(jù)Vrn、 SFn;d) 循環(huán)步驟c)、 d)，直到Tx變化；e) 由于所有數(shù)據(jù)都是在溫度Tx下測量的，壓控電壓Vr變化較 小時(shí)，壓控-頻率變化SF是近似線性的，可近似為公式SF=aXVr+b (其中a、 b為常數(shù))；微控制器(4)通過數(shù)據(jù)(Vn,5F》~ (Vrn, 5F n)，由最 小二乘法得出系數(shù)a、 b;當(dāng)SF-0時(shí)，可計(jì)算出溫度為Tx時(shí) 的最佳校正壓控電壓；所以有aXVrx+b=0， Vrx=-b/a ;保存 Vi^與Tx到微控制器(4)內(nèi)部的可自編程只讀存儲器；f) 循環(huán)步驟c) .f)，直到得到-40'C +85"C范圍內(nèi)所有溫度點(diǎn) 對應(yīng)的校正壓控電壓；由于實(shí)際測得的Tx,Vrx有限，自擬合數(shù) 字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10)在實(shí)際補(bǔ)償時(shí)對相臨補(bǔ)償溫度點(diǎn) 進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，并在產(chǎn)品正常使用時(shí)進(jìn)行壓控插值 補(bǔ)償，以達(dá)到更高分辨率的溫度校正；g) 生產(chǎn)測試單元(9)觸發(fā)自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(10) 終止補(bǔ)償擬合流程，并將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)管理中心(7);h) 計(jì)算機(jī)管理中心(7)根據(jù)需要讀取數(shù)據(jù)，并通過程控高低 溫箱(8)啟動(dòng)高低溫測試流程；i) 溫度測試試完畢； j)完成自擬合步驟。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述數(shù)字溫補(bǔ)晶體振蕩器的自擬合系統(tǒng)的 自擬合實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟i)還包括溫度測試完 畢后，計(jì)算機(jī)管理中心(7)給出生產(chǎn)測試報(bào)告，給出合格產(chǎn) 品列表以及不合格產(chǎn)品處理意見報(bào)告。
全文摘要
本發(fā)明公開了自擬合數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器及其系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法，其使用自身資源，自主完成溫補(bǔ)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(bǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jì)算機(jī)全程控制，提高單位時(shí)間生產(chǎn)效率，避免了因外設(shè)異常或人工操作失誤所引起的風(fēng)險(xiǎn)；本發(fā)明批量試生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度特性指標(biāo)-40℃～+85℃全部達(dá)到小于±0.05ppm的極好特性，比同類產(chǎn)品高出10-20倍，超過三級時(shí)鐘恒溫晶體振蕩器的頻率溫度穩(wěn)定度指標(biāo)，完全使得頻率溫度穩(wěn)定度精度達(dá)到最佳的效果。
文檔編號H03L1/00GK101604970SQ200910040770
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者葉碧波, 孫利軍, 健 李, 李曉云 申請人:廣州市天馬電訊科技有限公司