温度补偿晶体振荡器广泛补偿方法的研究
发布时间：2021-10-19 15:46
晶体振荡器作为高精度的频率源而广泛的应用于通信、测量、航空航天、仪器仪表等多个领域。温度补偿晶体振荡器因具有低功耗、便于集成等优势成为了目前最常用的晶体振荡器之一。传统的温度补偿方式是通过对晶体振荡器的输出频率进行控制,来保证晶体振荡器输出频率的稳定性,达到温度补偿的效果。这种补偿方式的结构比较复杂,并且在补偿过程中会受到温滞效应的干扰,表现为升温和降温过程中的温-频特性曲线不一致,从而引起温度误差。本文针对频率测量等仪器对温度补偿晶体振荡器的使用需求,提出一种新型的开环软件补偿的微机补偿晶体振荡器（MCXO）,旨在提高频率测量的准确度并简化MCXO的结构。本文没有从硬件上对MCXO的输出频率进行控制,而是在其作为频率计的标准对其它信号进行测量时,以软件数据修正的方式达到温度补偿的目的。首先需要提前通过温度实验获得晶体振荡器在不同温度下的频差,然后在频率测量的数据处理过程中,将这一误差进行修正,即不断地以数据的形式修正测量过程中的频率标称值,始终保证以晶体振荡器准确的频率输出为基准进行运算和处理,从而达到MCXO应用于频率测量时温度补偿的目的。为了对温滞效应进行抑制,本文选择SC切双模...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
亏SC切晶体擒振器的颊率濡度特性
晶体振荡器的切型方位图如图 2.3 所示。几种切型石英片的方位图2.2.1 AT 切晶体谐振器AT 切型的晶体谐振器在上世纪 20 年代被提出。其频率温度特性呈现为近似三次函数的关系[21][22]，如图 2.4 所示，AT 切的零温度系数点在室温范围之内且日老化率较低。因此，使用 AT 切谐振器做成的晶体振荡器拥有良好的频率温度特性，通常应用于 1-150MHZ 频率范围内的谐振器。AT 切谐振器有一个较大的问题是热过冲现象[23]。当其所在环境的温度值由一固定值跳跃升至另一值时，该谐振器的频率会产生一个 10-6~10-7的过冲，然后才会慢慢地趋近于另一个稳定的频率；反之，当环境温度突然降低时，也会出现相反的频率过冲。热过冲是由晶体谐振器内产生的热应力而引起的，而热应力是因为温度变化时石英片中各处的温度分布不均匀所导致的。石英片中的温度分布需要较长的时间才能均匀，在这个过程中，温度分布的差异会逐渐减小，其热应力也会逐渐减小。即便将谐振器置于恒温槽内，其温度也必然存在着一定的变化，进而产生热过冲效应导致晶体振荡器的短期频率稳定度较差。AT 切谐振器的另一个问题是幅频效应比较大，即谐振器的振荡幅度与频率之间的关系，当振幅较大的时候，振荡频率会随着振幅的增大而骤增。而幅频效应主要是因为受到谐振器的热应力影响，因此一定不能让 AT 切谐振器的升温或者冷却太快
西安电子科技大学硕士学位论文这里假设被测信号为xf 、参考信号为rf ，并且满足x rf Af f ，r f f，其中 A 为正整数并且 A 1，令 A=1，即x rf f f ，此时被测信号采样点波形如图 4.1所示，从图中可以观察到，在每个周期上的第一个采样点随着周期的延伸会出现微小的移动，对信号的采集足够长时，观察后续采集点，可以发现信号过零后的第一个采样点重新回到了初始和位置，即相位重合点，而且这种重合现象是随着采集时间的延伸重复且规律性发生的。两个相位重合点之间的这段采样时间称为最小公倍数周期，用minT 来表示，其倒数为最大公因子频率max cf 。 t 为量化相移分辨率，又称为步进值其值为：max cr xx rft T Tf f (4-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]交叉耦合结构集成石英晶体振荡器相位噪声与稳定性研究[J]. 谢海情,曾承伟,曾健平,贾新亮,王超,王龙,陈玉辉,李洁颖. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(10)
[2]晶体振荡器的频率稳定度和老化特性研究[J]. 赵岩,李智奇,周渭,吴豪,白丽娜,苗苗. 时间频率学报. 2018(03)
[3]一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计[J]. 贾伟琦. 电子技术与软件工程. 2018(08)
[4]ADC border effect and suppression of quantization error in the digital dynamic measurement[J]. 白丽娜,刘海东,周渭,张勇,翟鸿启,崔震健,赵明英,谷小倩,刘蓓玲,黄李贝. Chinese Physics B. 2017(09)
[5]基于单片机的晶振温度补偿系统设计[J]. 江金光,唐亚男,李姗姗. 压电与声光. 2016(03)
[6]数字温度补偿晶体振荡器的微机化探讨[J]. 朱洁. 民营科技. 2014(10)
[7]基于应力处理的温度补偿石英晶体振荡器[J]. 白丽娜,周渭,李婉莹,张莹,陈鸿杰. 仪器仪表学报. 2014(07)
[8]石英晶体振荡器的发展趋势研究[J]. 伍华林,吕延,吕明. 价值工程. 2013(05)
[9]一种新型120MHz微机补偿泛音晶体振荡器[J]. 魏巍,黄显核,谭峰. 压电与声光. 2007(04)
[10]新型模拟温度补偿晶体振荡器[J]. 梁珣,黄显核. 压电与声光. 2006(03)
博士论文
[1]晶体振荡器温度补偿技术的研究[D]. 刘东.电子科技大学 2017
硕士论文
[1]一种基于晶体振荡器相关端点的相位差测量方法的研究与补偿[D]. 周扬.西安电子科技大学 2018
[2]单变容二极管的压控温补晶体振荡器设计[D]. 彭伏生.电子科技大学 2018
[3]高阶温度补偿晶体振荡器设计[D]. 王宏兴.西安电子科技大学 2018
[4]一种新型VCTCXO的设计和实现[D]. 焦俊杰.电子科技大学 2016
[5]应力补偿的温补晶体振荡器研究[D]. 王富明.西安电子科技大学 2015
[6]微机补偿晶体振荡器实时在线自动测量系统的设计与实现[D]. 欧峥伟.湖南大学 2014
[7]高稳定度晶体振荡器特性研究[D]. 李立波.西安电子科技大学 2014
[8]基于晶体振荡器的老化建模及其智能补偿[D]. 薛冲.西安电子科技大学 2014
[9]温度补偿晶体振荡器的研究与设计[D]. 方圆.武汉科技大学 2013
[10]石英晶体振荡器温度补偿技术的研究[D]. 邓志鹏.西南交通大学 2012
本文编号：3445160
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
亏SC切晶体擒振器的颊率濡度特性
晶体振荡器的切型方位图如图 2.3 所示。几种切型石英片的方位图2.2.1 AT 切晶体谐振器AT 切型的晶体谐振器在上世纪 20 年代被提出。其频率温度特性呈现为近似三次函数的关系[21][22]，如图 2.4 所示，AT 切的零温度系数点在室温范围之内且日老化率较低。因此，使用 AT 切谐振器做成的晶体振荡器拥有良好的频率温度特性，通常应用于 1-150MHZ 频率范围内的谐振器。AT 切谐振器有一个较大的问题是热过冲现象[23]。当其所在环境的温度值由一固定值跳跃升至另一值时，该谐振器的频率会产生一个 10-6~10-7的过冲，然后才会慢慢地趋近于另一个稳定的频率；反之，当环境温度突然降低时，也会出现相反的频率过冲。热过冲是由晶体谐振器内产生的热应力而引起的，而热应力是因为温度变化时石英片中各处的温度分布不均匀所导致的。石英片中的温度分布需要较长的时间才能均匀，在这个过程中，温度分布的差异会逐渐减小，其热应力也会逐渐减小。即便将谐振器置于恒温槽内，其温度也必然存在着一定的变化，进而产生热过冲效应导致晶体振荡器的短期频率稳定度较差。AT 切谐振器的另一个问题是幅频效应比较大，即谐振器的振荡幅度与频率之间的关系，当振幅较大的时候，振荡频率会随着振幅的增大而骤增。而幅频效应主要是因为受到谐振器的热应力影响，因此一定不能让 AT 切谐振器的升温或者冷却太快
西安电子科技大学硕士学位论文这里假设被测信号为xf 、参考信号为rf ，并且满足x rf Af f ，r f f，其中 A 为正整数并且 A 1，令 A=1，即x rf f f ，此时被测信号采样点波形如图 4.1所示，从图中可以观察到，在每个周期上的第一个采样点随着周期的延伸会出现微小的移动，对信号的采集足够长时，观察后续采集点，可以发现信号过零后的第一个采样点重新回到了初始和位置，即相位重合点，而且这种重合现象是随着采集时间的延伸重复且规律性发生的。两个相位重合点之间的这段采样时间称为最小公倍数周期，用minT 来表示，其倒数为最大公因子频率max cf 。 t 为量化相移分辨率，又称为步进值其值为：max cr xx rft T Tf f (4-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]交叉耦合结构集成石英晶体振荡器相位噪声与稳定性研究[J]. 谢海情,曾承伟,曾健平,贾新亮,王超,王龙,陈玉辉,李洁颖. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(10)
[2]晶体振荡器的频率稳定度和老化特性研究[J]. 赵岩,李智奇,周渭,吴豪,白丽娜,苗苗. 时间频率学报. 2018(03)
[3]一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计[J]. 贾伟琦. 电子技术与软件工程. 2018(08)
[4]ADC border effect and suppression of quantization error in the digital dynamic measurement[J]. 白丽娜,刘海东,周渭,张勇,翟鸿启,崔震健,赵明英,谷小倩,刘蓓玲,黄李贝. Chinese Physics B. 2017(09)
[5]基于单片机的晶振温度补偿系统设计[J]. 江金光,唐亚男,李姗姗. 压电与声光. 2016(03)
[6]数字温度补偿晶体振荡器的微机化探讨[J]. 朱洁. 民营科技. 2014(10)
[7]基于应力处理的温度补偿石英晶体振荡器[J]. 白丽娜,周渭,李婉莹,张莹,陈鸿杰. 仪器仪表学报. 2014(07)
[8]石英晶体振荡器的发展趋势研究[J]. 伍华林,吕延,吕明. 价值工程. 2013(05)
[9]一种新型120MHz微机补偿泛音晶体振荡器[J]. 魏巍,黄显核,谭峰. 压电与声光. 2007(04)
[10]新型模拟温度补偿晶体振荡器[J]. 梁珣,黄显核. 压电与声光. 2006(03)
博士论文
[1]晶体振荡器温度补偿技术的研究[D]. 刘东.电子科技大学 2017
硕士论文
[1]一种基于晶体振荡器相关端点的相位差测量方法的研究与补偿[D]. 周扬.西安电子科技大学 2018
[2]单变容二极管的压控温补晶体振荡器设计[D]. 彭伏生.电子科技大学 2018
[3]高阶温度补偿晶体振荡器设计[D]. 王宏兴.西安电子科技大学 2018
[4]一种新型VCTCXO的设计和实现[D]. 焦俊杰.电子科技大学 2016
[5]应力补偿的温补晶体振荡器研究[D]. 王富明.西安电子科技大学 2015
[6]微机补偿晶体振荡器实时在线自动测量系统的设计与实现[D]. 欧峥伟.湖南大学 2014
[7]高稳定度晶体振荡器特性研究[D]. 李立波.西安电子科技大学 2014
[8]基于晶体振荡器的老化建模及其智能补偿[D]. 薛冲.西安电子科技大学 2014
[9]温度补偿晶体振荡器的研究与设计[D]. 方圆.武汉科技大学 2013
[10]石英晶体振荡器温度补偿技术的研究[D]. 邓志鹏.西南交通大学 2012
本文编号：3445160
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