CN101610081B - 温度补偿晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度补偿晶体振荡器，包括电源电路、晶体振荡器、数字补偿电路、第一稳压电路及第二稳压电路，该第一稳压电路电连接该电源电路和该晶体振荡电路，该第二稳压电路电连接该电源电路与该数字补偿电路。该数字补偿电路包括测温电路、单片机及数模转换电路，该单片机连接该测温电路与所述数模转换电路，该数模转换电路与所述晶体振荡电路电连接。由于在数字补偿电路与电源电路之间增加了第二稳压电路，使得模拟电路电源电路与数字电源电路相互独立，避免数字补偿电路对晶体振荡电路所产生的干扰，改善温度补偿晶体振荡器的相噪比，降低温度补偿晶体振荡器的功耗，提高其输出频率的稳定度。
Description
技术领域
本发明涉及晶体振荡器领域，更具体地涉及一种具有压控温度补偿晶体振荡器(Voltage Controled Xtal Oscillator，VCXO)。
背景技术
随着社会的发展，晶体振荡器由于其具有较高的频率稳定性，已成为电子通信行业必备的部件。目前，晶体振荡器行业内常用的温度补偿晶体振荡器，是一种通过改变晶体振荡器压控电压来引进补偿以提高其稳定性的晶体振荡器。
目前，通用的补偿方式分为模拟补偿和数字补偿两种。用的最多的是在温度补偿晶体振荡器的前端加一温度补偿电阻网络，这属于一种模拟补偿方式，这种增加温度补偿电阻网络的方法，由于受热敏电阻和固定电阻值影响很大，产品在-40℃～85℃的温度范围内频率稳定度只能达到±1～±2.5ppm。随着市场需求更加高稳定性的压控晶振，稳定度在±1～±2.5ppm的压控晶振已经不能满足需求，在这种情况下，具有数字补偿方式的晶体振荡器应运而生。该种晶体振荡器能比较精确地进行电压的补偿，以保持所述电压控制晶体振荡器保持在一个较为稳定的频率范围内。
然而，采用数字补偿通常会使用单片机，同时采用低功耗编程技术以降低晶体振荡器的功耗，但是晶体振荡电路为模拟电路，如果采用数字补偿手段，采用同一电源供电时，温度补偿网络会对晶体振荡回路产生干扰，导致温度补偿晶体振荡器的相噪不良，从而影响晶体振荡器输出频率的稳定性。
因此，急需一种低噪声、低功耗、高稳定的温度补偿晶体振荡器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将数字电路电源和模拟电路电源分开以实现低噪声、低功耗的温度补偿晶体振荡器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种温度补偿晶体振荡器，包括电源电路、晶体振荡电路、数字补偿电路以及第一稳压电路，所述第一稳压电路电连接所述电源电路和所述晶体振电路，所述数字补偿电路包括测温电路、单片机以及数模转换电路，所述单片机连接所述测温电路与所述数模转换电路，所述数模转换电路与所述晶体振荡电路电连接，其特征在于：还包括至少一组第二稳压电路，所述第二稳压电路电连接所述电源电路与所述数字补偿电路。
与现有技术相比，本发明温度补偿晶体振荡器中由于在数字补偿电路与电源电路之间增加了第二稳压电路，使得模拟电源电路与数字电源电路相互独立，即：晶体振荡电路的电源电路与数字补偿电路的电源电路相互独立。一方面，避免数字补偿电路对晶体振荡电路所产生的干扰，改善温度补偿晶体振荡器的相噪比，降低温度补偿晶体振荡器的功耗；另一方面，使用数字补偿电路能够更加精确地对晶体振荡器进行温度补偿，以电压控制所述晶体振荡器，使其频率输出保持在一个稳定的频率范围内，提高温度补偿晶体振荡器的温度稳定度。
较佳地，所述单片机采用温度比例-积分-微分控制算法及拟合算法，对晶体振荡电路进行补偿。
较佳地，所述单片机采用差分形式收发信号。
较佳地，本发明的温度补偿晶体振荡器还包括低噪电路，所述低噪电路连接在所述数字补偿电路与所述晶体振荡电路之间。
本发明还提供了一种温度补偿晶体振荡器，包括电源电路、晶体振荡电路、数字补偿电路以及稳压电路，所述稳压电路电连接所述电源电路和所述晶体振荡电路，所述数字补偿电路包括测温电路、单片机以及数模转换电路，所述单片机连接所述测温电路与所述数模转换电路，所述数模转换电路与所述晶体振荡电路电连接，其特征在于：还包括隔离网络，所述隔离网络连接在所述稳压电路与所述数字补偿电路之间。
与现有技术相比，本发明由于在稳压电路与数字补偿电路之间增加了隔离网络，使得晶体振荡电路的供电通路与数字补偿电路的供电通路相互隔离而独立；避免数字补偿电路对晶体振荡电路所产生的干扰，改善温度补偿晶体振荡器的相噪比，同时采用低功耗编程技术降低温度补偿晶体振荡器的功耗，提高温度补偿晶体振荡器输出频率的稳定性、提高输出信号质量。
在本发明的一个实施例中，所述隔离网络包括低压差线性稳压器与电容，所述LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路，所述LDO通过所述电容接地。
在本发明的另一个实施例中，所述隔离网络包括直流/交流转换器，所述直流/交流转换器电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路。
在本发明的又一个实施例中，所述隔离网络包括电阻和电容，所述电阻电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路，所述电阻通过所述电容接地。
较佳地，所述单片机采用温度PID(比例-积分-微分)控制算法及拟合算法，对晶体振荡器电路进行补偿。
较佳地，本发明的温度补偿晶体振荡器还包括低噪电路，所述低噪电路连接在所述数字补偿电路与所述晶体振荡电路之间。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明温度补偿晶体振荡器第一个实施例的结构框图。
图2为图1所示温度补偿晶体振荡器的数字补偿电路的结构框图。
图3为本发明温度补偿晶体振荡器第二个实施例的结构框图。
图4为本发明温度补偿晶体振荡器第三个实施例的结构框图。
图5为本发明温度补偿晶体振荡器第四个实施例的结构框图
图6为本发明温度补偿晶体振荡器第五个实施例的结构框图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。图1所示为本发明温度补偿晶体振荡器的第一个实施例。参考图1，本实施例的温度补偿晶体振荡器100包括电源电路11、晶体振荡电路12、数字补偿电路13，第一稳压电路14以及第二稳压电路15，该电源电路11对该晶体振荡电路12供电，该第一稳压电路14电连接电源电路11和晶体振荡电路12，该第二稳压电路15电连接电源电路11与数字补偿电路13。易知，晶体振荡电路12为时序电路，数字温度补偿电路13为数字电路，数字电路电源一旦用于时序电路，容易引入噪声，造成电路相噪恶化。在本发明实施例中，晶体振荡电路12通过第一稳压电路14独立供电，数字补偿电路13通过第二稳压电路15独立供电，这样的电路布设，使得晶体振荡电路12的电源电路与数字补偿电路13的电源电路独立隔离，减少两者之间的互相干扰。
如图1-2所示，在本实施例中，数字补偿电路13包括测温电路131、单片机132和数模转换电路133，该数字补偿电路13为所述晶体振荡器12提供补偿电压。该单片机132与所述测温电路131电连接，且通过该数模转换电路133与该晶体振荡电路12电连接；该数模转换电路133对晶体振荡电路12的压控端进行补偿。其中，单片机132存储有温度与补偿电压的对应关系。较佳者，该测温电路131为数字温度传感器。数字温度传感器的特点在于传输的数据准确，误差小且体积小。具体地，该单片机132包括数据存储单元、数据调用单元、摄随单元以及数字处理单元。该数据存储单元中存储有温度与补偿电压的对应关系，该数据调用单元用于当获取当前温度时，从该数据存储单元调用与当前温度相对应的补偿电压值进行补偿。该摄随单元用于排除温度滞后影响，该数字处理单元用于排除量化干扰。
较佳地，该单片机132采用PID控制算法及拟合算法，配合低功耗编程技术，对晶体振荡器的压控端进行补偿，以满足晶体振荡器的低功耗与输出频率高稳定性要求。优选地，该单片机132为采用差分形式收发信号，如LVDS(Low VoltageDifferential Signaling，低压差分信号)或PECL(Positive Emitter Coupled Logic，正电压射极耦合逻辑信号)等，可以极大降低相噪的影响，并能消减信号通路上的干扰和串扰，对共模噪声具有高度的抑制能力。此外，该单片机采用高驱动能力的芯片，进一步加强对噪声的抑制能力。
图3所示为本发明温度补偿晶体振荡器第二个实施例，本实施例的温度补偿晶体振荡器的结构与第一实施例的温度补偿晶体振荡器的结构类似，与前述实施例的不同之处在于：温度补偿晶体振荡器200还包括低噪电路26。该低噪电路26电连接在晶体振荡电路22与数字补偿电路23之间，该低噪电路26用以避免晶体振荡电路22与数字补偿电路23之间的相互干扰，优化产品相噪，并在更大程度上消减信号通路上的干扰和串扰。
图4所示为本发明温度补偿晶体振荡器的第三个实施例中，本实施例的温度补偿晶体振荡器的结构与第二实施例的温度补偿晶体振荡器的结构类似，与第二个实施例的不同之处在于：温度补偿晶体振荡器300没有如第二个实施例所述的第二稳压电路25。稳压电路34电连接在电源电路31与晶体振荡电路32之间，隔离网络37连接在稳压电路34与数字补偿电路33之间，在本实施例中，该隔离网络37包括电阻371和电容372，该电阻371电连接该稳压电路34与该数字补偿电路33，且该电阻371通过电容372接地。隔离网络37的加入使得晶体振荡器的供电通路与数字补偿电路的供电通路相互隔离而独立，避免数字补偿电路对晶体振荡器所产生的干扰，使本发明温度补偿晶体振荡器输出频率更加稳定，输出信号质量更加优良。
图5所示为本发明温度补偿晶体振荡器的第四个实施例中，本实施例的温度补偿晶体振荡器的结构与第三个实施例的温度补偿晶体振荡器的结构类似，与第三个实施例的不同之处在于：温度补偿晶体振荡器400的隔离网络47包括LDO471和电容472，该数模转换器471电连接该稳压电路44与该数字补偿电路43，且该数模转换器471通过电容472接地。隔离网络47的加入使得晶体振荡器的供电通路与数字补偿电路的供电通路相互隔离而独立，避免数字补偿电路对晶体振荡器所产生的干扰，使本发明温度补偿晶体振荡器输出频率更加稳定。
图6所示为本发明温度补偿晶体振荡器的第四个实施例中，与第三个实施例的不同之处在于：温度补偿晶体振荡器500的隔离网络为直流/交流转换器57，该数模转换器57电连接该稳压电路54与该数字补偿电路53，且该直流/交流转换器57接地。隔离网络57的加入使得晶体振荡器的供电通路与数字补偿电路的供电通路相互隔离而独立，避免数字补偿电路对晶体振荡器所产生的干扰，使本发明温度补偿晶体振荡器输出频率更加稳定。
下面介绍本实施例温度补偿晶体振荡器的工作原理。电源电路通过第一稳压电路与第二稳压电路，或者通过稳压电路与隔离网络，将晶体振荡电路与数字补偿电路各自的电源电路独立分隔，使得晶体振荡电路与数字补偿电路互不干扰，保持各自高效的运行状态。所述测温电路测得温度补偿晶体振荡器当前工作环境的温度，将该温度传送给单片机。所述单片机根据测温电路传来的温度，查找与之对应的补偿电压值，然后通过补偿方波的形式输出补偿电压，该补偿方波通过数模转换电路转换信号后提供给晶体振荡器，该补偿方式属于数字补偿的范畴，为业内所熟悉，在此不再赘述。通过单片机的编程实现更加精确的电压补偿，以保持所述晶体振荡器保持在一个稳定的输出频率范围内，且使得该温度补偿晶体振荡器实现低功耗与高稳定度。
需要说明的是，上述的第一稳压电路、第二稳压电路以及稳压电路均可分别为一组或以上组数，视具体温度补偿晶体振荡器功能与结构而定。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (10)
1.一种温度补偿晶体振荡器，包括电源电路、晶体振荡电路、数字补偿电路以及第一稳压电路，所述第一稳压电路电连接所述电源电路和所述晶体振荡电路，所述数字补偿电路包括测温电路、单片机以及数模转换电路，所述单片机连接所述测温电路与所述数模转换电路，所述数模转换电路与所述晶体振荡电路电连接，其特征在于：还包括至少一第二稳压电路，所述第二稳压电路电连接所述电源电路与所述数字补偿电路。
2.如权利要求1所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：还包括低噪电路，所述低噪电路连接在所述数字补偿电路与所述晶体振荡电路之间。
3.如权利要求1所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述单片机采用温度比例-积分-微分控制算法及拟合算法，对晶体振荡电路进行补偿。
4.如权利要求1所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述单片机采用差分形式收发信号。
5.一种温度补偿晶体振荡器，包括电源电路、晶体振荡电路、数字补偿电路以及稳压电路，所述稳压电路电连接所述电源电路和所述晶体振荡电路，所述数字补偿电路包括测温电路、单片机以及数模转换电路，所述单片机连接所述测温电路与所述数模转换电路，所述数模转换电路与所述晶体振荡电路电连接，其特征在于：还包括隔离网络，所述隔离网络连接在所述稳压电路与所述数字补偿电路之间。
6.如权利要求5所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述隔离网络包括低压差线性稳压器与电容，所述低压差线性稳压器电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路，所述低压差线性控制器通过所述电容接地。
7.如权利要求5所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述隔离网络包括直流/交流转换器，所述直流/交流转换器电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路。
8.如权利要求5所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述隔离网络包括一电阻和一电容，所述电阻电连接所述稳压电路与所述数字补偿电路，所述电阻通过所述电容接地。
9.如权利要求5-8任一项所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：还包括低噪电路，所述低噪电路连接在所述数字补偿电路与所述晶体振荡电路之间。
10.如权利要求5-8任一项所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于：所述单片机采用温度比例-积分-微分控制算法及拟合算法，对晶体振荡器电路进行补偿。
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