CN104158493A - 一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统 - Google Patents

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刘朝胜
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Abstract

本发明涉及晶体振荡器频率调整装置技术领域，尤其涉及一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统。本发明所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，包括数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器、及恒温槽，由于数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器在工作的过程中，受各自温度特性的影响，导致恒温晶体振荡器输出频率产生漂移。本发明通过将系统中的数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽内，能够有效抑制温度漂移，使恒温晶体振荡器输出频率稳定，提高时钟系统输出频率精度。

Description

一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统
技术领域
本发明涉及晶体振荡器频率调整装置技术领域，尤其涉及一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统。
背景技术
晶体振荡器在电子技术领域中一直占有重要的地位，作为标准频率源或脉冲信号源，提供频率基准，其应用已延伸到所有重要的系统。在晶体振荡器的使用过程中，由于晶体振荡器的老化效应等因素，导致晶体振荡器的输出频率会随着使用时间而变化，需要通过压控电压来调节晶体振荡器的输出频率。
随着通信行业的飞速发展、4G时代的到来，通信设备对时钟系统的要求越来越高，传统的方式是通过晶体振荡器产品外的模拟压控电压来控制晶振输出频率。然而，晶体振荡器外部的DAC(Digital to Analog Converter，数模转换器)或PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)数模转换电压的温度漂移较大，直接导致晶体振荡器的频率漂移量远超出通信设备对时钟系统指标的要求，已不能满足通信需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，通过将数模转换器、第一稳压装置及恒温晶体振荡器放置在恒温槽中，能够有效抑制温度漂移，使恒温晶体振荡器输出频率稳定，减少时钟系统的温度漂移，提高时钟系统的精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，包括：用于将数字电压控制信号转换为模拟电压控制信号的数模转换器、用于为数模转换器提供稳压的第一稳压装置、用于根据模拟电压控制信号微调输出频率的恒温晶体振荡器、及用于提供恒温工作环境的恒温槽，所述数模转换器的信号输出端连接恒温晶体振荡器，所述第一稳压装置连接数模转换器的电压接入端，所述数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽内。
其中，还包括晶振外壳，所述恒温槽、及放置在恒温槽内的数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器均设置在晶振外壳的内部。
其中，所述晶振外壳接地。
其中，所述第一稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
其中，还包括用于为数模转换器提供稳压的第二稳压装置，所述第二稳压装置连接第一稳压装置，所述第二稳压装置设置在恒温槽外部且位于晶振外壳内部。
其中，所述第二稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
其中，还包括用于发出数字电压控制信号的微控制器，所述微控制器的输出端通过I2C总线或者SPI总线连接数模转换器的信号输入端。
有益效果：
本发明所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，包括数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器、及恒温槽，由于数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器在工作的过程中，受各自温度特性的影响会产生温度漂移，导致恒温晶体振荡器输出频率发生变化。本发明通过将系统中的数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽内，能够有效抑制温度漂移，使恒温晶体振荡器输出频率稳定，减少时钟系统的温度漂移，提高时钟系统输出频率的稳定度及精度。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式提供的另一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统的结构示意图。
图中：
1-晶振外壳；2-恒温槽。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式提供的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统的结构示意图。如图1所示，一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，包括：用于将数字电压控制信号转换为模拟电压控制信号的数模转换器、用于为数模转换器提供稳压的第一稳压装置、用于根据模拟电压控制信号微调输出频率的恒温晶体振荡器、及用于提供恒温工作环境的恒温槽2，所述数模转换器的信号输出端连接恒温晶体振荡器，所述第一稳压装置连接数模转换器的电压接入端，所述数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽2内。
本发明所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，包括数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器、及恒温槽2，由于数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器在工作的过程中，受各自温度特性的影响会产生温度漂移，导致恒温晶体振荡器输出频率发生变化，使得时钟系统不能为通信设备提供稳定可靠的频率基准，影响通信质量。本发明通过将系统中的数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽2内，能够有效抑制温度漂移，使恒温晶体振荡器输出频率稳定，减少时钟系统的温度漂移，提高时钟系统输出频率的稳定度及精度。
还包括晶振外壳1，所述恒温槽2、及放置在恒温槽2内的数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器均设置在晶振外壳1的内部。并且，所述晶振外壳1接地。把所述晶振外壳1、及内部设置的恒温槽2、及放置在恒温槽2内的数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器作为一个整体，由于数模转换器设置在晶振外壳1内部的恒温槽2内，因此，外部对恒温晶体振荡器的频率控制方式可以看做由原来的模拟电压控制方式变为数字电压控制方式，从而提升恒温晶体振荡器控制端口的抗干扰能力。
优选地，所述第一稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
如图2所示，优选地，还包括用于为数模转换器提供稳压的第二稳压装置，所述第二稳压装置连接第一稳压装置，所述第二稳压装置设置在恒温槽2外部且位于晶振外壳1内部。通过第一稳压装置、及第二稳压装置为所述系统提供二级稳压，能够为数模转换器提供更佳的稳压效果。优选地，所述第二稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
优选地，所述第二稳压装置采用的低压差线性稳压器的电源接入端连接5V的供电电源，所述低压差线性稳压器的输出电压为3.3V；所述第一稳压装置为数模转换器提供的基准电压为3V。
在本发明中，所述恒温槽2可工作的温度范围为-40～105℃。当恒温槽2工作在-40～105℃的某一温度时，所述恒温槽2的腔体内部的温度变化量小于0.1℃。当恒温槽2在该条件下工作时，能够有效抑制数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器由于温度漂移的影响导致晶体振荡器输出频率发生变化的问题。
还包括用于发出数字电压控制信号的微控制器，所述微控制器的输出端通过I2C总线或者SPI总线连接数模转换器的信号输入端。
对由于数模转换器、及第一稳压装置的温度漂移，导致恒温晶体振荡器的输出频率发生变化进行具体分析。如下：
A：放置恒温槽2前：
对于第一稳压装置：以REF3230精密基准电压源为例，REF3230温度漂移规格如下：
环境温度在-40～105℃变化时，电压基准变化量＝145*7ppm*3V＝3.05mV。
对于数模转换器：以DAC8571精密16bit数模转换器为例，DAC8571温度规格如下：
环境温度在-40～105℃变化时，电压基准变化量＝145*5ppm*3V＝2.17mV。
总漂移＝3.05mV+2.17mV＝5.22mV。
由于恒温晶体振荡器的pulling range(牵引范围)＝±0.04ppm(0～3V)，所以，由于第一稳压装置以及数模转换器的温度漂移导致恒温晶体振荡器的输出频率漂移量为(0.8/3)*5.22mV＝1.39E-9，可以看出，即便恒温晶体振荡器本身在环境温度-40～105℃变化时，不发生任何温度漂移，仅第一稳压装置和数模转换器的温度漂移就带来1.39E-9，远超过通信设备对时钟系统的要求。
B：放置恒温槽2后：
将影响温漂的第一稳压装置所采用的精密基准电压源、及数模转换器放置在精密的恒温槽2中，要求该恒温槽2在环境温度-40～105℃变化时总温漂小于0.1℃，由上分析可以计算出，在该条件下，第一稳压装置、及数模转换器的总漂移为0.96E-12，与放置恒温槽2前相比，其漂移量大大减小了三个量级，使得系统输出频率更加稳定。
由上述分析可以得出，本发明通过将系统中的数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽2内，能够有效减少由于各自温度特性影响导致恒温晶体振荡器输出频率发生变化的问题，能够提升时钟系统输出频率的稳定度及精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，包括：用于将数字电压控制信号转换为模拟电压控制信号的数模转换器、用于为数模转换器提供稳压的第一稳压装置、用于根据模拟电压控制信号微调输出频率的恒温晶体振荡器、及用于提供恒温工作环境的恒温槽，所述数模转换器的信号输出端连接恒温晶体振荡器，所述第一稳压装置连接数模转换器的电压接入端，所述数模转换器、第一稳压装置、及恒温晶体振荡器放置在恒温槽内。
2.根据权利要求1所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，还包括晶振外壳，所述恒温槽、及放置在恒温槽内的数模转换器、第一稳压装置、恒温晶体振荡器均设置在晶振外壳的内部。
3.根据权利要求2所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，所述晶振外壳接地。
4.根据权利要求1所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，所述第一稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
5.根据权利要求1所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，还包括用于为数模转换器提供稳压的第二稳压装置，所述第二稳压装置连接第一稳压装置，所述第二稳压装置设置在恒温槽外部且位于晶振外壳内部。
6.根据权利要求5所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，所述第二稳压装置为基准电压源或低压差线性稳压器。
7.根据权利要求1所述的一种高稳恒温数字压控晶体振荡器系统，其特征在于，还包括用于发出数字电压控制信号的微控制器，所述微控制器的输出端通过I2C总线或者SPI总线连接数模转换器的信号输入端。
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