CN101860322A - 自动跟随温度控制晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟随温度控制晶体振荡器，其包括晶体振荡电路、控温电路、加热电路、温度传感器以及温度处理器，所述控温电路电连接所述加热电路，并控制所述加热电路向所述晶体振荡电路加热，所述温度处理器电连接所述温度传感器与所述控温电路，用于控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度与外部环境温度的温度差值在一个范围内。所述自动跟随温度控制晶体振荡器具有低功耗、低老化率的特点，且其具有能够根据外界工作环境的温度实时自动调整恒温晶体振荡器内部温度的智能化功能。

Description

自动跟随温度控制晶体振荡器

技术领域

本发明涉及一种晶体振荡器，尤其涉及一种自动跟随温度控制晶体振荡器。

背景技术

石英晶体振荡器的应用已有几十年的历史，因其具有频率稳定度高这一特点，故在电子技术领域中一直占有重要的地位。尤其是信息技术产业的高速发展，更使这种晶体振荡器焕发出勃勃生机。石英晶体振荡器在远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中，作为标准频率源或脉冲信号源，提供频率基准，是目前其它类型的振荡器所不能替代的。石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器、电压控制晶体振荡器、恒温晶体振荡器和数字化/μp补偿式晶体振荡器等几种类型。其中，恒温晶体振荡器是目前频率稳定度和精确度最高的晶体振荡器，它在老化率、温度稳定性、长期稳定度和短期稳定度等方面的性能都非常好，因此常作为精密时频信号源被广泛应用在各个领域中。

由于石英晶体的振荡特性随温度的变化而变化，从而会影响石英晶体振荡器的输出频率。常用的恒温控制晶体振荡器是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小。然而，在现有的恒温晶体振荡器中，传统的恒温加热技术是将晶体振荡器的温度控制在比最高的工作环境温度高5℃以上的一个恒定值，例如，产品的工作温度为-40℃～70℃，那么恒温晶体振荡器内的温度是固定在75℃以上的一个恒定值。由于恒温晶体振荡器长期工作在高温环境中，产品的老化率会恶化。此外，当产品工作在低温-40℃环境中，由于恒温晶体振荡器内部的温度与其工作环境温度相差过大，导致产品的加热电流剧增，所以传统方式在低温工作环境中的功耗是非常大的。

因此，有必要提供一种改进型的自动跟随温度控制晶体振荡器来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗、低老化率且能够实时自动调整恒温晶体振荡器内部温度的自动跟随温度控制晶体振荡器。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动跟随温度控制晶体振荡器，其包括晶体振荡电路、控温电路、加热电路、温度传感器以及温度处理器，所述控温电路电连接所述加热电路，并控制所述加热电路向所述晶体振荡电路加热，所述温度处理器电连接所述温度传感器与所述控温电路，用于控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度与外部环境温度的温度差值在一个范围内。

与现有技术相比，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器，由于添加了温度传感器以及温度处理器，且温度处理器电连接温度传感器与晶体振荡电路，温度传感器将晶体振荡器外部工作环境的温度转换为相应的电压或者电流值并输出至温度处理器，同时该温度处理器接收晶体振荡电路反馈回来的与其温度相对应的电压或者电流值，基于上述两个数值，该温度处理器控制控温电路，继而控温电路控制加热电路向晶体振荡电路的加热量，从而达到本发明的目的，即：晶体振荡器自动跟随其外部工作环境的温度，并随外部工作环境温度的变化而实时调整本发明自动跟随温度控制晶体振荡器内部的温度，实现控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器内部与外部的温度差值在一个范围内，突破传统的恒温晶体振荡器只能将晶体振荡器内部的温度固定在比最高外部工作环境温度高的一个数值的局限，避免晶体振荡器长期工作在高温下，从而优化自动跟随温度控制晶体振荡器的晶振老化率，降低其工作功耗。

较佳地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度与外部环境温度的温度差值范围是一个固定值5℃～15℃，该设置使得晶体振荡器更加智能，能够实时调整自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度并相对保持该温度，且避免晶体振荡器长期工作在高温下，优化其老化率。

较佳地，自动跟随温度控制晶体振荡器中的所述温度处理器采用阶梯控温技术。

较佳地，所述温度处理器包括比较器、运算放大器或者单片机，所述温度传感器检测所述自动跟随温度控制晶体振荡器的外部环境温度，并将所述温度信号传输至所述温度处理器，所述温度处理器基于所述温度信号以及所述温度差值范围控制所述控温电路，以控制所述自动跟随温度控制晶体振荡器的内部环境温度。。该温度处理器通过其中的比较器间接比较判断自动跟随温度控制晶体振荡器内部与外部环境的温度差，从而通过比较器、运算放大器或者单片机控制控温电路调整晶体振荡电路的温度，达到实时调温的智能效果。

较佳地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中的所述温度传感器包括热敏电阻、数字传感器或铂电阻。

较佳地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中的所述温度处理器中的所述比较器内设置了最低温度差值及最高温度差值，以便于判断启动该温度处理器工作与否。

较佳地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中所述晶体振荡电路包括晶片以及温敏元件，所述加热电路安装在所述晶片以及所述温敏元件附近，该设置使得加热电路能更加有针对性地工作，提高了加热电路的工作效率，从而降低了自动跟随温度控制晶体振荡器的能耗。

较佳地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中的所述控温电路控制所述加热电路向所述晶体振荡电路加热，所述晶片以及所述温敏元件的温度变化是均匀的。

可选地，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中的所所述加热电路包括红外线发射器、微波发射器、加热三极管或者发热电阻。

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是本发明自动跟随温度控制晶体振荡器的总结构框图。

图2是本发明自动跟随温度控制晶体振荡器第一个实施例中温度处理器的结构框图。

图3是本发明自动跟随温度控制晶体振荡器第二个实施例中温度处理器的结构框图。

图4是本发明自动跟随温度控制晶体振荡器第三个实施例中温度处理器的结构框图。

具本实施方式

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。如上所述，本发明提供了一种自动跟随温度控制晶体振荡器，所述自动跟随温度控制晶体振荡器具有低功耗、低老化率的特点，且其具有能够根据外界工作环境的温度实时自动调整恒温晶体振荡器内部温度的智能化功能。

图1所示为本发明自动跟随温度控制晶体振荡器的总结构框图。参考图1，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器1包括晶体振荡电路11、加热电路12、控温电路13、温度传感器14以及温度处理器15。所述控温电路13电连接所述加热电路12，并控制所述加热电路12向所述晶体振荡电路11加热。所述温度处理器15电连接所述温度传感器14与所述控温电路13，用于控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度与外部环境温度的温度差值在一个范围内。自动跟随温度控制晶体振荡器1的温度处理器15采用阶梯控温技术。

参考图2，在本发明的第一个实施例中，自动跟随温度控制晶体振荡器2的温度处理器包括比较器25。自动跟随温度控制晶体振荡器2包括晶体振荡电路21、加热电路22、控温电路23、温度传感器24以及比较器25。所述控温电路23电连接所述加热电路22，并控制所述加热电路22向所述晶体振荡电路21加热。所述比较器25电连接所述温度传感器24与所述控温电路23，同时，所述比较器25电连接所述晶体振荡电路21。其中，所述晶体振荡电路21包括晶片(图未示)、振荡元件(图未示)以及反馈电路(图未示)，其中，振荡元件中包括温敏元件(图未示)。由于晶体振荡电路21中的晶片和温敏元件在工作时容易受外界温度的影响，当外界温度变化时，晶片和温敏元件的工作性能将受影响。本发明将所述加热电路22安装在所述晶片以及所述温敏元件附近，在本实施例中，所述加热电路22包括为红外线发射器，即：所述红外线发射器安装在所述晶片以及所述温敏元件附近，用于对晶片及温敏元件加热，保持晶片及温敏元件相对恒温的工作环境。该设置使得加热电路22能更加有针对性地工作，提高了加热电路12的工作效率，从而降低了自动跟随温度控制晶体振荡器的能耗。需要注意的是，在其它的实施例中，加热电路中的红外线发射器可由微波发射器、加热三极管或者发热电阻，或者其它加热装置所代替。

参考图2，在本实施例中，所述比较器25电连接所述温度传感器24以及控温电路23。详细地，温度传感器14包括敏电阻(图未示)，该热敏电阻安装在自动跟随温度控制晶体振荡器2外壳体的内壁上，热敏电阻自动感知自动跟随温度控制晶体振荡器2外部的工作环境温度，实时地将该工作环境温度值转换为相应的电压值或电流值并传输至比较器25。此外，晶体振荡电路21包括反馈电路(图未示)，该反馈电路电连接晶片与振荡元件，并实时地将晶片与振荡元件的温度值转换为相应的电压值或电流值并传输至温度处理器25的比较器251。比较器251通过比较晶体振荡电路21与温度传感器24两者的温度值相对应的电压值或电流值，继而通过相应电路处理该比较值信号并传输至控制控温电路23控制加热电路22向晶体振荡电路21的加热程度。所述比较器25内设置了最低温度差值及最高温度差值，在本实施例中，最低温度差值为5℃，最高温度差值为15℃，也就是说，当比较器25接收到的晶体振荡电路21与温度传感器24两者各自的电压值或电流值相对应的温度值在5℃～15℃以内，比较器25不实施对控温电路23的控制。然而，当比较器25接收到的晶体振荡电路21与温度传感器24两者各自的电压值或电流值相对应的温度值在5℃～15℃范围以外，比较器25控制控温电路23，继而控制加热电路22对晶体振荡电路21的加热程度。所述控温电路23控制所述加热电路22向所述晶体振荡电路21加热，并使所述晶片以及所述温敏元件的温度变化是均匀的。

本发明自动跟随温度控制晶体振荡器2由于添加了温度传感器24以及温度处理器25，且温度处理器25电连接温度传感器24与晶体振荡电路21，温度传感器24将自动跟随温度控制晶体振荡器2外壳体外部的工作环境的温度转换为相应的电压或者电流值并输出至温度处理器25，同时该温度处理器25接收晶体振荡电路21反馈回来的与其温度相对应的电压或者电流值，基于上述两个数值，该温度处理器25控制控温电路23，继而控温电路23控制加热电路22向晶体振荡电路21的加热程度，从而达到本发明的目的，即：自动跟随温度控制晶体振荡器2自动跟随其外部工作环境的温度，并随外部工作环境温度的变化而实时调整本发明自动跟随温度控制晶体振荡器2内部的温度，实现控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器2内部与外部的温度差值在一个范围内，突破传统的恒温晶体振荡器只能将晶体振荡器内部的温度固定在比最高外部工作环境温度高的一个数值的局限，避免晶体振荡器长期工作在高温下，从而优化自动跟随温度控制晶体振荡器的晶振老化率，降低其工作功耗。

图3所示为本发明的第二个实施例自动跟随温度控制晶体振荡器3。所述自动跟随温度控制晶体振荡器3的温度处理器包括控制器，该控制器是单片机35。自动跟随温度控制晶体振荡器3包括晶体振荡电路31、加热电路32、控温电路33、温度传感器34以及单片机35。所述控温电路33电连接所述加热电路32，并控制所述加热电路32向所述晶体振荡电路31加热。所述比较器35电连接所述温度传感器34与所述控温电路33。与本发明第一个实施例不同的是，在本实施例中，温度处理器包括单片机35，所述温度传感器34检测自动跟随温度控制晶体振荡器3外部环境温度，基于该外部环境温度值信号，所述单片机35计算一个比该外部环境温度值高5℃～15℃的固定温差，并据此输出一个控制信号控制控温电路33，继而控温电路33控制加热电路32向晶体振荡电路31的加热量。在其它实施例中，温度处理器可包括除了单片机之外的其它控制器。

图4所示为本发明的第三个实施例自动跟随温度控制晶体振荡器4。自动跟随温度控制晶体振荡器4与上述第二个实施例中的自动跟随温度控制晶体振荡器3结构与原理相似，与自动跟随温度控制晶体振荡器3不同的是：自动跟随温度控制晶体振荡器4的温度处理器包括运算放大器45。自动跟随温度控制晶体振荡器4包括晶体振荡电路41、加热电路42、控温电路43、温度传感器44以及单片机45。所述控温电路43电连接所述加热电路42，并控制所述加热电路42向所述晶体振荡电路41加热。所述比较器45电连接所述温度传感器44与所述控温电路43。

需要说明的是，本发明自动跟随温度控制晶体振荡器中所设定的最低温度差值及最高温度差值可不局限于上述实施例所述的5℃与15℃，在其它实施例中最低温度差值及最高温度差值可为其它取值，视具体情况而定。

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 (9)

1.一种自动跟随温度控制晶体振荡器，包括晶体振荡电路、控温电路以及加热电路，所述控温电路电连接所述加热电路，并控制所述加热电路向所述晶体振荡电路加热，其特征在于，还包括温度传感器和温度处理器，所述温度处理器电连接所述温度传感器与所述控温电路，用于控制保持所述自动跟随温度控制晶体振荡器内部温度与外部环境温度的温度差值在一个范围内。

2.如权利要求1所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述温度差值范围是一个固定值5℃～15℃。

3.如权利要求1所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述温度处理器采用阶梯控温技术。

4.如权利要求2或3所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述温度处理器包括比较器、运算放大器或者单片机，所述温度传感器检测所述自动跟随温度控制晶体振荡器的外部环境温度，并将所述温度信号传输至所述温度处理器，所述温度处理器基于所述温度信号以及所述温度差值范围控制所述控温电路，以控制所述自动跟随温度控制晶体振荡器的内部温度。

5.如权利要求4所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述温度处理器中的所述比较器内设置了最低温度差值及最高温度差值。

6.如权利要求1、2或3所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述温度传感器包括热敏电阻、数字传感器或铂电阻。

7.如权利要求1所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述晶体振荡电路包括晶片以及温敏元件，所述加热电路安装在所述晶片以及所述温敏元件附近。

8.如权利要求7所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述控温电路控制所述加热电路向所述晶体振荡电路加热，所述晶片以及所述温敏元件的温度变化是均匀的。

9.如权利要求1所述的自动跟随温度控制晶体振荡器，其特征在于，所述加热电路包括红外线发射器、微波发射器、加热三极管或者发热电阻。

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