一种新型VCTCXO的设计和实现

发布时间：2017-06-20 17:22

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【摘要】：晶体振荡器是各种电子设备的核心元器件,随着现在智能设备的迅速发展和广泛使用,对晶体振荡器提出的性能指标要求越来越高,需求也越来越大。在各类通讯设备中,如全球定位系统等,往往需要压控晶体振荡器来构成信号发生器和频率合成装置,晶体振荡器的可调频宽也极大地影响了设备的性能。同时,晶体振荡器因为其本身的固有特性,随着温度的变化会产生一定程度上的频率漂移,这在对频率精度要求较高的场合是不希望看到的。在许多应用场合中,不仅希望采用的晶体振荡器具有频率调制功能,还希望它具有良好的频率温度特性。采用微处理器进行补偿的晶体振荡器因为具有体积小、功耗低且补偿精度高等特点逐渐地吸引了研究学者们的注意。基于以上考虑并结合当前晶体振荡器发展现状,本文设计并实现了一种新型压控温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)。该晶体振荡器采用了微处理器同时实现了温度补偿和电压控制功能,在宽温度范围内保证了高频率稳定度的同时,也可以进行频率的调制。为了保证所设计的VCTCXO频率温度特性的精度,本文中选用的微处理器是STM32,相比较于51单片机其性能优越,可以采用不同的控制算法来实现更好的补偿效果。同时也设计了PC端上位机实时系统来对设计的VCTCXO温度补偿和电压控制进行在线观测。本设计实现了温度补偿和电压控制所需的两个补偿电压均是施加在晶体振荡器相连的同一颗变容二极管上。与传统压控温度补偿晶体振荡器需要两个变容二极管相比,本文采用的方法有效地避免了不同变容二极管间相互干扰的现象,能够得到相对更好的频率温度特性。通过试制VCTCXO样机并进行一系列的温度实验,我们验证了所设计VCTCXO的现实可行性。首先我们测得了压控振荡器(VCXO)选定的三个中心频率的频率温度特性,然后分别测得在不同温度点下将频率补偿回中心频率处所需的补偿电压。再通过算法进行拟合,将拟合后的算法写入软件,然后展开温度补偿和频率调制的验证实验。得到的实验结果表明:在不同的中心频率下,试制的VCTCXO样机频率稳定度均达到2ppm以下,达到了预期的设计目标。
【关键词】：电压控制 微处理器温度补偿 晶体振荡器 频率温度特性 实时控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.1.1 晶体振荡器研究背景11-12
• 1.1.2 研究现状与发展趋势12-13
• 1.2 论文主要内容13-15
• 1.2.1 研究内容及意义13-15
• 1.2.2 预期目标15
• 1.3 论文结构安排15-17
• 第二章 晶体振荡器基础知识17-34
• 2.1 晶体振荡器基本原理17-26
• 2.1.1 石英晶体物理特性17-18
• 2.1.2 石英晶体振荡器分类18-19
• 2.1.3 石英晶体谐振器频温特性19-21
• 2.1.4 石英晶体阻抗-频率特性21-26
• 2.2 压控温度补偿晶体振荡器26-33
• 2.2.1 压控温度补偿基本原理26-28
• 2.2.1.1 温度补偿基本原理26-28
• 2.2.1.2 电压控制基本原理28
• 2.2.2 温补晶振的分类28-30
• 2.2.2.1 模拟温度补偿晶体振荡器28-29
• 2.2.2.2 数字温度补偿晶体振荡器29
• 2.2.2.3 微处理器温度补偿晶体振荡器29-30
• 2.2.3 Trim效应30-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 VCTCXO硬件设计34-47
• 3.1 压控温补晶体振荡器系统简介34-35
• 3.2 压控振荡器的设计和实现35-39
• 3.2.1 科尔皮兹振荡电路35-37
• 3.2.2 样机测试37-39
• 3.3 微处理器电路39-40
• 3.3.1 微处理器选择39
• 3.3.2 微处理器外围电路39-40
• 3.4 测温电路40-43
• 3.4.1 温度传感器的选取40-41
• 3.4.2 DS18B20测温原理41-43
• 3.5 其他电路43-46
• 3.5.1 电源供电电路43-44
• 3.5.2 低通滤波电路44
• 3.5.3 串口通讯电路44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 VCTCXO算法及软件设计47-62
• 4.1 补偿电压获取47-52
• 4.1.1 补偿电压分析47-48
• 4.1.2 补偿电压测量48
• 4.1.3 最小二乘曲线拟合48-52
• 4.2 操作系统选择52-54
• 4.2.1 操作系统和编程语言52-53
• 4.2.2 RT-Thread系统53-54
• 4.3 补偿程序54-59
• 4.3.1 DS18B20驱动程序55-57
• 4.3.2 温度补偿主程序57-58
• 4.3.3 电压控制程序58-59
• 4.4 其他软件设计59-61
• 4.4.1 串口通信59-60
• 4.4.2 上位机程序60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 实验与结果分析62-74
• 5.1 实验平台搭建62-63
• 5.2 压控温度补偿实验63-66
• 5.3 压控温度补偿验证实验66-72
• 5.4 本章总结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果79-80
• 附录80-81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;晶体振荡器分类[J];今日电子;2007年03期

2 ;高性能单频和双频晶体振荡器模块[J];今日电子;2008年08期

3 ;可调晶体振荡器[J];邮电技术资料;1974年Z1期

4 Harold W.Jackson;杨易e

本文编号：466381