CN106374836B - 一种压控温度补偿晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压控温度补偿晶体振荡器，解决调节振荡器频率稳定度和调制灵敏度问题。所述压控温度补偿晶体振荡器包括放大器电路和振荡支路，振荡支路包含晶体、可调电容电路和可调电感电路；可调电容电路、可调电感电路和晶体互相串联；可调电容电路中包含第一变容二极管，用于改变所述可调电容电路的等效电容，第一变容二极管的两极接第一控制电压；可调电感电路中包含第二变容二极管，用于改变所述可调电感电路的等效电感，第二变容二极管的两极接第二控制电压。本发明补偿电路和压控电路分开，调试过程干扰小，实现简单方便；在保证晶体振荡器获得足够大的压控灵敏度的同时实现较高的频率‑温度稳定度，电路可靠性高，实用性强。

Description

一种压控温度补偿晶体振荡器

技术领域

本申请涉及电子设备领域，尤其涉及一种压控晶体振荡器。

背景技术

压控温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)是一种集成了压控晶体振荡器和温度补偿晶体振荡器功能的有源频率器件，凭借其体积小、功耗低、价格低、开机稳定快、高可靠等特点广泛应用到军民通信、卫星通信、GPS、无线通讯等领域的终端设备中。

为了提高压控晶体振荡器的灵敏度的要求，常用的方法是在晶体振荡回路中加入一定数值的电感，以降低回路的品质因数，也就是以降低振荡器的频率稳定度来获得调制灵敏度的加宽。因为电感的温度系数很大，增加了晶振的频率温度系数，也极大地增加了电路的补偿难度。

由于压控电压和温度补偿电压均是作用在负载电容上，其变化量之间相互牵制，不仅调试过程比较困难，在实现较宽的压控范围的同时补偿电路的调频范围也会受到很大的限制，从而影响晶振的频率-温度稳定度。如何在获得足够大的压控灵敏度的同时实现较高的频率-温度稳定度，是压控温度补偿晶体振荡器设计过程中的关键。

发明内容

本发明提出一种压控温度补偿晶体振荡器，解决同时调节振荡器频率稳定度和调制灵敏度问题。

本申请实施例提供一种压控温度补偿晶体振荡器，包括放大器电路和振荡支路，所述振荡支路包含晶体、可调电容电路和可调电感电路；所述放大器电路包含振荡管、正反馈支路；所述正反馈支路与所述振荡支路并联，构成振荡回路；所述可调电容电路、可调电感电路和所述晶体互相串联；所述可调电容电路中包含第一变容二极管，用于改变所述可调电容电路的等效电容，所述第一变容二极管的两极接第一控制电压；所述可调电感电路中包含电感、与所述电感并联的容性支路；所述容性支路中包含第二变容二极管，用于改变所述可调电感电路的等效电感，所述第二变容二极管的两极接第二控制电压。

所述压控温度补偿晶体振荡器的工作频率在10-100MHz之间；所述可调电感电路的并联谐振频率比所述工作频率大15％-80％。

优选地，所述可调电容电路还包含第一电容；所述第一电容串联在所述第一变容二极管和所述可调电感电路之间。

优选地，所述可调电感电路包含电感、第二电容；所述第二变容二极管和所述第二电容串联，构成容性支路；所述电感和所述容性支路并联。

进一步优选地，所述第一控制电压的正极通过第一电阻连接在所述第一变容二极管的负极；所述第一控制电压的负极通过第二电阻连接在所述第一变容二极管的正极。

进一步优选地，所述第二控制电压的正极通过第三电阻连接在所述第二变容二极管的负极；所述第二控制电压的负极通过第四电阻连接在所述第二变容二极管的正极。

作为本发明进一步优化的实施例，所述振荡支路中包含第三电容；所述第三电容串联在所述可调电容电路与所述放大器电路之间，用于将所述第一控制电压与所述放大器电路隔离，或者所述第三电容串联在所述可调电感电路与所述放大器电路之间，用于将所述第二制电压与所述放大器电路隔离。

本申请实施例的压控温度补偿振荡器中，还包含一种放大器电路，所述放大器电路包含振荡管、偏置电阻、正反馈支路；所述正反馈支路与所述振荡支路并联，构成振荡回路。优选地，所述振荡管为NPN三极管；所述偏置电阻包含第五电阻、第六电阻；所述第五电阻一端接所述振荡管的集电极，另一端接直流电压源；所述第六电阻一端接所述振荡管的发射极，另一端接地；所述正反馈支路包含第五电容、第六电容；所述第五电容一端接所述振荡管的基极，另一端接所述振荡管的发射极；所述第六电容一端接所述振荡管的发射极，另一端接地。与本实施例相对应，优选地，本发明的压控温度补偿振荡器中，所述振荡支路一端接所述振荡管的基极，另一端接地。

进一步优选地，所述放大器电路包含第四电容；所述第四电容一端接所述振荡管的集电极，另一端为电路输出端。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：温度补偿电路和压控电路分开，调试过程干扰小，实现简单方便。通过调节压控电压(第一控制电压)可得到较大的等效负载电容变化量，实现很宽的压控调频范围，加大振荡电路的压控灵敏度。通过调节温度补偿电压(第二控制电压)改变振荡回路的等效电感，在温度补偿电压的变化范围内近似呈线性调频，提高补偿精度，获得较高的频率-温度稳定度。在压控电压和温度补偿电压改变时，放大器电路工作点不受影响，电路的可靠性高。因此，本发明在保证晶体振荡器获得足够大的压控灵敏度的同时可实现较高的频率-温度稳定度，电路可靠性高，具有较强的实用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为传统的压控温度补偿晶振设计；

图2为本发明压控温度补偿晶体振荡器实施例示意图；

图3为本发明包含一种放大器电路的实施例；

图4为振荡支路和放大器电路之间包含隔直电容的实施例示意图；

图5是本发明控制电压和等效电容、等效电感范围的实施例。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为传统的压控温度补偿晶振设计，表示出振荡器电路中包含晶体的一部分支路，在传统的压控温度补偿晶振的设计中，压控电路和温度补偿电路均是通过调节变容二极管两端的电压来改变振荡电路的负载电容(CL)，从而实现压控调频和温度补偿调频，由于压控电压和补偿电压均是作用在负载电容上，其变化量之间相互牵制，不仅调试过程比较困难，在实现宽压控范围的同时补偿电路的调频范围也会受到很大的限制，从而影响晶振的频率-温度稳定度。

图2为本发明压控温度补偿晶体振荡器实施例示意图。本发明的压控温度补偿晶体振荡器，包括放大器电路1和振荡支路2，所述振荡支路2包含晶体X、可调电容电路3和可调电感电路4；所述可调电容电路、可调电感电路和所述晶体互相串联；所述可调电容电路中包含第一变容二极管D1，用于改变所述可调电容电路的等效电容，所述第一变容二极管的两极接第一控制电压V1；所述可调电感电路中包含第二变容二极管D2，用于改变所述可调电感电路的等效电感，所述第二变容二极管的两极接第二控制电压V2。

本发明所定义的“振荡支路”，是晶体振荡器电路的一部分。振荡电路的一般原理是在振荡管(例如NPN晶体三极管)的各极之间构建振荡回路，满足起振条件。本发明所述振荡支路，是所述振荡回路的一部分。所述振荡回路的其他部分包含在所述放大器电路中，在图2所示实施例中不做具体限定。

所述可调电容电路还包含第一电容C1；所述第一电容串联在所述第一变容二极管和所述可调电感电路之间。

所述可调电感电路包含电感L、第二电容C2；所述第二变容二极管和所述第二电容串联，构成容性支路；所述电感和所述容性支路并联。

进一步地，所述第一控制电压的正极通过第一电阻R1连接在所述第一变容二极管的负极；所述第一控制电压的负极通过第二电阻R2连接在所述第一变容二极管的正极。所述第二控制电压的正极通过第三电阻R3连接在所述第二变容二极管的负极；所述第二控制电压的负极通过第四电阻R4连接在所述第二变容二极管的正极。图3为本发明包含一种放大器电路的实施例。

本申请实施例的压控温度补偿振荡器中，还包含一种放大器电路1，所述放大器电路包含振荡管Q1、偏置电阻、正反馈支路5；所述正反馈支路5与所述振荡支路2并联，构成振荡回路。

优选地，所述振荡管Q1为NPN三极管；所述偏置电阻包含第五电阻R5、第六电阻R6；所述第五电阻一端接所述振荡管的集电极，另一端接直流电压源；所述第六电阻一端接所述振荡管的发射极，另一端接地；所述正反馈支路包含第五电容、第六电容；所述第五电容一端接所述振荡管的基极，另一端接所述振荡管的发射极；所述第六电容一端接所述振荡管的发射极，另一端接地。优选地，与本实施例相对应，本发明的压控温度补偿振荡器的振荡支路2一端接所述振荡管的基极，另一端接地。

优选地，本发明的电路还包含第四电容C4；所述第四电容一端接所述振荡管Q1的集电极，另一端为电路输出端。

结合图2-3的实施例，本发明的一个具体实施方式采用以下技术方案：它包括晶体X、电感L、三极管Q1、电阻R1-R6、电容C1-C6、变容二极管D1-D2，第一电阻R1一端分别与第一变容二极管D1的负极、第一电容C1的一端连接，第一变容二极管D1的正极分别与第三电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，第三电容C3的另一端分别与第六电容C6的一端、第六电阻R6的一端连接且接地，第一电容C1的另一端分别与电感L的一端、第二变容二极管D2的负极、第三电阻R3的一端连接，电感L的另一端分别与第二电容C2的一端、晶体X的一端连接，第二变容二极管D2的正极分别与第四电阻R4的一端、第二电容C2的另一端连接，晶体X的另一端分别与第五电容C5的一端、三极管Q1的基极连接，第五电容C5的另一端分别与第六电容C6的另一端、三极管Q1的发射极、第六电阻R6的另一端连接，三极管Q1的集电极分别与第四电容C4的一端、第五电阻R5的一端连接。

图4为振荡支路和放大器电路之间包含隔直电容的实施例示意图。作为本发明进一步优化的实施例，所述振荡支路2中包含第三电容C3；图4(a)表示所述第三电容C3串联在所述可调电容电路3与所述放大器电路1之间，用于将所述第一控制电压V1与所述放大器电路隔离；图4(b)表示所述第三电容C3串联在所述可调电感电路4与所述放大器电路1之间，用于将所述第二制电压V2与所述放大器电路隔离。在图4(a)、(b)所示的实施例中，与第三电容的位置相对应地，所述晶体X串联于所述振荡支路的另一端。

本领域技术人员能够理解，当所述晶体X串联于所述可调电容电路和所述可调电感电路之间时，在所述可调电感电路与所述放大器电路之间、以及在所述可调电容电路与所述放大器电路之间，均需要串联隔直电容。此时则是图4所示两种第三电容的技术方案的组合，仍属于本发明保护的范围。需要说明的是：本发明对于工作频率为10-100MHz的晶体振荡器电路均可应用，根据所述工作频率不同，第一变容二极管、第二变容二极管、第二电容在5pF到500pF之间取值。其中，所述可调电感电路的并联谐振频率大于所述晶体振荡器电路的工作频率。

所述并联谐振频率大于所述工作频率时，并联谐振频率的高低会影响控制电压范围、调节频率灵敏度、线性度。此外，元器件的性能偏差随环境变化。因此，如果并联谐振频率靠近工作频率时，电路可靠性降低、等效电感值随电压变化过于敏感、线性度不良；如果并联谐振频率远离工作频率时、控制电压调整范围增大、灵敏度降低。综合考虑电压控制范围、线性度、调节频率灵敏度，本发明方案中所述可调电感电路的并联谐振频率比所述工作频率大15％-80％。

图5是本发明控制电压和等效电容、等效电感范围的实施例。以所述工作频率为60MHz频点为例，可调电感电路并联谐振频率约在75-90MHz范围内调整。所述第一变容二极管、第二变容二极管采用电容变化范围为5pF-50pF的变容二极管。所述可调电容电路的等效电容C与所述第一控制电压变化关系如图5(a)所示，第一控制电压调整范围约为(0.5-5V)，调节频率灵敏度为7.3-8kHz/V。所述可调电感电路的等效电感L与所述第二控制电压变化关系如图5(b)所示，第二控制电压调整范围约为(0.5-3.5V)，调节频率灵敏度为1.8kHz/V。

本申请实施例通过调节压控电压(即第一控制电压)可得到较大的等效负载电容变化量，从而可实现很宽的压控调频范围，加大了振荡电路的压控灵敏度。通过调节温度补偿电压(即第二控制电压)改变振荡回路的等效电感，在温度补偿电压的变化范围内近似呈线性调频，可进一步提高补偿精度，从而获得较高的频率-温度稳定度。本发明在保证晶体振荡器获得足够大的压控灵敏度的同时可实现较高的频率-温度稳定度，电路可靠性高，具有较强的实用性。作为本发明的一个实施例，工作频率为60MHz时，实现在-55℃-+85℃温度范围内，频率温度稳定度在±1ppm以内；在压控电压和温度补偿电压改变时，反馈支路(第五电容、第六电容)保持不变，放大器电路工作点不受影响，振荡级输出稳定，确保电路的可靠性，压控总频偏优于30kHz，相位噪声为-135dBc/Hz@1kHz。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种压控温度补偿晶体振荡器，包括放大器电路和振荡支路，所述振荡支路包含晶体、可调电容电路和可调电感电路；所述放大器电路包含振荡管、正反馈支路；所述正反馈支路与所述振荡支路并联，构成振荡回路；其特征在于，

所述可调电容电路、可调电感电路和所述晶体互相串联；

所述可调电容电路中包含第一变容二极管，用于改变所述可调电容电路的等效电容，所述第一变容二极管的两极接第一控制电压；

所述可调电感电路中包含电感、与所述电感并联的容性支路；所述容性支路中包含第二变容二极管，用于改变所述可调电感电路的等效电感，所述第二变容二极管的两极接第二控制电压。

2.如权利要求1所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述可调电容电路还包含第一电容；

所述第一电容串联在所述第一变容二极管和所述可调电感电路之间。

3.如权利要求1所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述可调电感电路包含第二电容；

所述第二变容二极管和所述第二电容串联，构成所述容性支路。

4.如权利要求2所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述第一控制电压的正极通过第一电阻连接在所述第一变容二极管的负极；

所述第一控制电压的负极通过第二电阻连接在所述第一变容二极管的正极。

5.如权利要求3所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述第二控制电压的正极通过第三电阻连接在所述第二变容二极管的负极；

所述第二控制电压的负极通过第四电阻连接在所述第二变容二极管的正极。

6.如权利要求1～5任意一项所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述振荡支路中包含第三电容；

所述第三电容串联在所述可调电容电路与所述放大器电路之间，用于将所述第一控制电压与所述放大器电路隔离，或者

所述第三电容串联在所述可调电感电路与所述放大器电路之间，用于将所述第二控制电压与所述放大器电路隔离。

7.如权利要求1～5任意一项所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述压控温度补偿晶体振荡器的工作频率在10～100MHz之间；

所述可调电感电路的并联谐振频率比所述工作频率大15％～80％。

8.如权利要求1所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述振荡管为NPN三极管；

所述放大器电路还包含第五电阻、第六电阻；

所述第五电阻一端接所述振荡管的集电极，另一端接直流电压源；

所述第六电阻一端接所述振荡管的发射极，另一端接地；

所述正反馈支路包含第五电容、第六电容；

所述第五电容一端接所述振荡管的基极，另一端接所述振荡管的发射极；

所述第六电容一端接所述振荡管的发射极，另一端接地。

9.如权利要求8所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述振荡支路一端接所述振荡管的基极，另一端接地。

10.如权利要求8～9任意一项所述压控温度补偿晶体振荡器，其特征在于，

所述放大器电路包含第四电容；

所述第四电容一端接所述振荡管的集电极，另一端为电路输出端。