一種壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，將溫度補(bǔ)償電壓和調(diào)節(jié)中心頻率的壓控電壓作為一個(gè)整體來考慮。其方案是構(gòu)建以環(huán)境溫度T、壓控電壓V為輸入，輸出頻率為fs的二元函數(shù)。使用時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度Ta，以及需要的輸出頻率fa，通過二元函數(shù)計(jì)算得到需要的壓控電壓Va，并加裝壓控晶體振蕩器的負(fù)載變?nèi)荻O管上，則晶體振蕩器輸出的就是需要的輸出頻率。本發(fā)明中整個(gè)晶體振蕩器中只需要一個(gè)變?nèi)荻O管，避免了現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)變?nèi)荻O管構(gòu)成的負(fù)載電容相互干擾問題；同時(shí)此時(shí)這個(gè)變?nèi)荻O管等效的負(fù)載電容，就是晶體振蕩器需要的輸出頻率fa情況下的溫度補(bǔ)償所需要的電容值，避免了中心頻率改變后引起晶體振蕩器溫度下降的問題。
【專利說明】一種壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于晶體振蕩器【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種可變中心頻率的壓控 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（Voltage Controlled Temperature Compensate X'tal Oscillator， VCTCXO)〇

【背景技術(shù)】
[0002] 晶體振蕩器利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成，它在受到外加交變電場(chǎng)的作用 時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。由于石英晶體振蕩器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等 優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種通信設(shè)備中。其中使用最多的AT切型的石英晶體諧振器，其頻率 隨溫度變化關(guān)系呈三次曲線。
[0003] 壓控晶體振蕩器（Voltage Controlled Crystal Oscillator，VCX0)由晶體諧振 器（石英晶體）、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成，通過控制變?nèi)荻O管的電壓，來改變變?nèi)荻?極管的電容，從而"牽引"晶體諧振器的頻率，使得壓控晶體振蕩器輸出頻率可以在中心頻 率上下的一個(gè)范圍內(nèi)移動(dòng)，以達(dá)到調(diào)整壓控晶體振蕩器輸出頻率的目的。
[0004] 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（Temperature Compensate Crystal Oscillator，TCX0)的 工作原理是利用變?nèi)荻O管在不同反向電壓下的電容不同的特性，用一個(gè)vcxo和溫度補(bǔ) 償網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)不同溫度下變?nèi)荻O管的電壓來改變晶體諧振器（石英晶體）的負(fù) 載電容，從而晶體振蕩器的輸出頻率，最終減少晶體振蕩器輸出頻率在整個(gè)工作溫度范圍 內(nèi)的變化，使其達(dá)到輸出頻率基本不隨溫度而變化的目的。
[0005] 壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（Voltage Controlled Temperature Compensate X'tal Oscillator，簡(jiǎn)稱VCTCXO)是同時(shí)具有溫度補(bǔ)償、輸出頻率可電壓調(diào)整的晶體振蕩器。它兼 具了 VCX0和TCX0的優(yōu)點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)相比更為復(fù)雜。普通VCX0和TCX0都是在獨(dú)立條件下 對(duì)晶振蕩器的輸出頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)和溫度穩(wěn)定性補(bǔ)償?shù)?，而一般的VCTCXO也都是將振蕩器 的溫度補(bǔ)償功能和輸出頻率調(diào)整功能進(jìn)行簡(jiǎn)單疊加，這樣由于調(diào)整（補(bǔ)償）的非線性特性， 其頻率溫度穩(wěn)定度將下降，而且輸出頻率調(diào)整范圍越大，頻率溫度穩(wěn)定度將下降越多。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（VCTCXO)，研宄人員紛紛提出了自己的構(gòu)想， 其總體思路都是接入兩個(gè)變?nèi)荻O管，一個(gè)用來補(bǔ)償晶體振蕩器輸出頻率的溫度漂移，實(shí) 現(xiàn)TCX0,另一個(gè)受外加電壓控制用來調(diào)整晶體振蕩器的輸出中心頻率，實(shí)現(xiàn)VCX0。目前最 常用的實(shí)現(xiàn)方案是用兩個(gè)變?nèi)荻O管并聯(lián)構(gòu)成，一個(gè)用來補(bǔ)償頻率溫度飄逸實(shí)現(xiàn)TCX0, 一 個(gè)用來改變振蕩器的中心頻率實(shí)現(xiàn)VCX0。如芬蘭Micro Analog Systems (MAS)公司生產(chǎn)的 MAS6270/6279 VCTCXO 芯片和日本 Asahi Kasei 公司生產(chǎn)的 AK2151/2152 VCTCXO 芯片
[0007] 晶體振蕩器中接入變?nèi)荻O管，其本質(zhì)都是改變晶體諧振器的負(fù)載電容，其輸出 頻率受非線性方程控制，不滿足線性疊加原理。因此，這種兩個(gè)變?nèi)荻O管并聯(lián)的方案，是 存在不足的，下面對(duì)此進(jìn)行說明。
[0008] 晶體諧振器中石英晶體（晶體諧振器）串聯(lián)負(fù)載電容Q的等效電路，如圖 1 所不(XH Huang, D Liu, Y Wang, Y Chen, Precise Derivation for the Equivalent Circuit Parameters of a Crystal Resonator with Series Capacitor, IEEE Transactions on Ultrasonics，ferroelectrics，and Frequency Control, Vol. 59, No. 6, pp. 1316-1317, 2012.)。石英晶體的諧振頻率受下面的方程約束：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括壓控晶體振蕩器、溫度傳感器、ARM控制單元， 其特征在于，所述的晶體振蕩器中只有一個(gè)負(fù)載變?nèi)荻O管； 首先獲取二元函數(shù)fs=g(T,V);計(jì)算機(jī)控制溫箱到不同的溫度點(diǎn)TpT2,T3,......,Tm， 計(jì)算機(jī)通過ARM控制單元讀取溫度傳感采集的溫箱溫度即壓控晶體振蕩器的環(huán)境溫 度T1,T2,T3,……，Tm，在每個(gè)溫度點(diǎn)，計(jì)算機(jī)通過ARM控制單元輸出依次輸出壓控電壓 V1,V2,V3,……，Vn到壓控晶體振蕩器的負(fù)載變?nèi)荻O管上，通過頻率計(jì)測(cè)得m組輸出頻率 為fll，fl2,fl3,......,fln；f21,f22,f23,......,f2n；f31，f32,f33,......，f3n； ......ml,fm2,fm3,...... ，f";其中，第i個(gè)溫度點(diǎn)，依次輸出的壓控電壓Vi，v2,V3,……，Vn得到的一組輸出頻率為fil.fi2.fi3.......，fin，這樣得到以下數(shù)組：
根據(jù)上述數(shù)組即得到的m組輸出頻率以及對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度T、壓控電壓V進(jìn)行二元函數(shù) 擬合，得到二元函數(shù)： fs=g(T,V) 其中，fs為壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器輸出頻率； 然后將二元函數(shù)導(dǎo)入ARM控制單元中； 最后，在使用時(shí)，ARM控制單元根據(jù)需要的輸出頻率仁以及壓控晶體振蕩器的環(huán)境溫度T，通過二元函數(shù)fs=g(T，V)，計(jì)算得到需要加載的壓控電壓V并加裝壓控晶體振蕩器的負(fù) 載變?nèi)荻O管，即可得溫度補(bǔ)償后的壓控輸出頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于，壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 (VCTCXO)的標(biāo)稱頻率可以是1-250MHZ范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器中的晶體 諧振器可以是石英，也可以是鉅酸鋰、鈮酸鋰和鎵鑭系（LGX)及MEMS等多種諧振器。
【文檔編號(hào)】H03B5/04GK104467674SQ201410834197
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】黃顯核, 劉 東, 付瑋, 焦俊杰 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)