CN1069797C

CN1069797C - 高稳定度频率发生器

Info

Publication number: CN1069797C
Application number: CN95119025A
Authority: CN
Inventors: M·T·狄; E·采韦格; R·丁格; Ｐ·Ａ·法林
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 2001-08-15
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: EP0711040A1; AU695013B2; SG34279A1; TW342557B; DE69520326D1; FR2726705B1; US5719827A; CN1132962A; FR2726705A1; DE69520326T2; CA2161938A1; EP0711040B1; JPH08265043A; AU3662795A

Abstract

包括产生第一频率(F1)的振荡器(10)的高稳定度频率发生器G。发生器G还包括提供与温度无关的时间稳定频率信号的时基BT，为将来自振荡器(10)的第一数脉冲(n_T)供至比较器(13)的反馈装置，为给比较器供以基准数脉冲(N_T)的装置(14)和提供随(n_T)和(N_T)之差△而变的校正信号Sc的装置(13，15，16)以及振荡器(10)的频率(F1)校正电路(17)--该电路受控制信号Sc的控制。

Description

高稳定度频率发生器

本发明涉及例如适用于远程通信的一种包括第一高频振荡器的频率发生器。

这种发生器可为利用有限带宽的频率调制的模拟系统的组成部分，正如(例如)可在蜂房型电话，无绳电话或也可在便携式射频设备等中找到。而且该发生器可为数字系统的组成部分，正如例如可在诸如传呼机-手表之类的寻呼系统中找到。传呼机-手表是整体配置有无线电接收机的手表，能接收和处理用于找人的无线电漫射信息。

在已知频率发生器中，该种振荡器无论就时间而论还是就周围温度而论通常都不是稳定的。而且即使该振荡器包括一稳定器，则该稳定器通常仅用于补偿温度的影响。此外，该补偿功能通常仅对极有限的温度范围起作用。这种热补偿振荡器以TCXO命名(这是温度控制晶体振荡器的英文简称)著称。

然而，若要使频率发生器及其振荡器在一较大温度范围内稳定，就需要一个昂贵的补偿电路。往往人们认为这种电路过于昂贵。此外，正如人们已经认识到，这种仅为补偿由温度影响产生的振荡器偏差的补偿电路，在要确保时效稳定性的情况下是不能令人满意的。

就由本发明预定的利用率而言，频率发生器的频率精度必须约在±2至±3ppm(10^-6)之间。这意味着在该发生器中至少要使用TCXO振荡器。然而，TCXO振荡器不是对时间稳定的，它的老化可引起每年1至2ppm(10^-6)的频率偏移。其老化是由振荡器的石英使该振荡器产生随时间变化的信号而造成。振荡器的这种老化现象因此可在频率发生器之稳定性的变化中起到重要作用。

因此，当振荡器老化时，或如果该发生器使用于允许温度范围以外时，频率发生器的振荡器的频率偏移将变得相当大，以致使得该实际频率与振荡器的标称频率之差可变得过大。若将该发生器例如装入无线电信号接收机中，则该接收机的灵敏度因此可能减小或被检测信号可能失真而这种失真可能对有用信号产生噪声。

因此，有效地稳定频率发生器的振荡器是必须的，最好借助一个其价格与整个发生器相比较便宜的补偿电路来实现。

本发明的一个目的即是提供这一问题的解决方案，即提供一种既不昂贵又极其稳定的频率发生器，该发生器甚至在较长时间周期内也是稳定的而且不受温度影响。

这一目的的达到归因于一个高度稳定的频率发生器，该频率发生器包括预定产生第一频率的第一振荡器，其特征在于还包括：

包括预定产生第二频率的第二振荡器和该第二振荡器的补偿装置的时基，该时基产生随时间稳定而且与温度无关的频率信号。

用于定义由所述稳定频率信号确定的时间间隔的装置，以及

包括以下部分的反馈装置：

计数器，为对在所述时间间隔期间来自所述第一振荡器的脉冲第一数进行计数，并为将该第一数供至与所述计数器相联的比较装置而配置，

用于给所述比较装置提供脉冲基准数的装置，以及

用于提供作为所述第一数和所述基准数之差的一个函数的校正信号的装置，所述发生器还包括一个所述第一振荡器的振荡频率的校正电路，该校正电路受所述校正信号的控制。

获得本发明该目的还由于一种包括预定产生第一频率的第一振荡器的高度稳定的频率发生器，其特征在于还包括一个时基，该时基包括：

预定产生第二频率的第二振荡器和所述第二振荡器的补偿装置，该补偿装置产生代表要进行的校正的校正脉冲数Nx，该时基提供一个与温度无关的时间稳定的频率信号，

用于定义由所述第二振荡器确定的时间间隔的装置，和

反馈装置，它包括：

计数器，为在所述时间间隔期间对来自所述第一振荡器的脉冲进行第一计数而配置，并为将脉冲的该第一数供给为计算所述第一数和所述校正数而设置的加法装置而配置，

比较装置，为接收由所述计算装置提供的所述和而配置，

预定给所述比较装置提供脉冲基准数的装置，以及

用于产生作为所述和与所述基准数之差的一个函数的校正信号的装置，

该发生器还包括所述第一振荡器的振荡频率的校正电路，该校正电路受所述校正信的控制。

由本发明提出的该解决方案在于把提供有用频率的振荡器耦合到第二振荡器，或一基准振荡器，该振荡器由于以下事实而具有高度稳定性：即，它是热补偿的并包括一个根据手表技术方面的已知原理设想的电子老化补偿电路，用以确保专家们所称的＂运行会聚性＂(＂rurnning convergence＂)。

这种按本发明高度稳定的发生器优点在于可用于诸如寻呼机-手表之类的时计中。

此后仅通过举例方式，由结合附图的两个实施例来描述本发明的目的，附图中：

图1表示可用于根据本发明发生器中的一个高度稳定的时计的“方块图；

图2表示示出待执行校正的时间间隔IT的时序图；

图3表示根据本发明第一实施例中发生器的方块图；以及

图4表示根据本发明第二实施例中发生器的方块图。

图1是代表一个高度稳定时基的方块图，该时基包括一低频振荡器1，例如由一个为提供标称频率32768Hz的输出信号而配置的石英谐振器所控制的钟表振荡器。该振荡器1通过第一除法器(divisor)la被耦合到禁止电路2。禁止电路2被联结到包括除法链(divisionch-ain)3的电子电路--后者为将由禁止电路2提供的输出信号变换成除后(divided)信号I，信号I的频率是根据预定用途适配的。例如，在诸如寻呼机手表之类的钟表情况下，除法器1a和除法链3一起呈现除数(divisor rate)等于32768，致使当由振荡器1所提供信号在其标称频率下而禁止电路2并未阻止任何脉冲时，信号I的频率为1Hz。信号I可用于控制耦合到该驱动链以驱动显示装置的步进电动机。

然而，实际上该频率在由低频振荡器1的石英传送时是随时间而变并与周围温度有关。例如，对钟表来说，其振荡器石英在25℃温度下以其标称频率振荡，而在温度为-10至+50℃的范围内，该频率误差可达20ppm或更大。

这样就必需补偿温度对由低频振荡器1的石英所传送频率的影响。

现已提出了用于对时基进行热补偿的若干系统，例如象在美国专利US-A-4761771或瑞士专利CH-B-650122中的系统。

在图1所示时基中，可借助专利US-A-4761771中所述原理进行这一补偿。

按照这一原理，禁止电路2周期地阻止由除法器1a提供的信号所具有的脉冲数Nct和数Nai，而且这里以I_T秒为周期。多路复用器9将数Nct和数Nai连续地供给该禁止电路。

数Nct是待阻止的脉冲数，因此使得信号I的频率与温度无关，数Nct由接收来自温度敏感传感器4的信息N(T)的校正电路5产生。

数Nai是考虑到在就其最大频率制造振荡器1的谐振器期间产生的任意误差的待阻止脉冲数，该数被贮存在存储器2a中。

由振荡器1提供的信号频率还由于其石英的老化而变化。

在图1、3和4所示时基中，对其老化的补偿是通过老化补偿电路6实现的。该补偿电路6接收稳定频率信号和通过开关8接收另一个外部信号，并向多路复用器9提供数Nmh。这一原理是周知的＂运行变换(running conversion)＂原理，并描述于瑞士专利CH-B-599609中。

简言之，为校正信号I的频率，首先考虑到初始调整(任意误差)必须除去不变的脉冲数Nai，第二，必须除去考虑到由于温度引起的振荡器1的频率变化的可变脉冲数Nct，以及第三必须除去考虑到振荡器1的石英老化的可变脉冲数Nmh。

这些不同数以如图2实例所示方式通过多路复用器9连续供到“禁止电路2。正如可从该实例所见，多路复用器9在每个周期I_T的开始将数Nai供至禁止电路2。同时，传感器4测量该温度并将信号N(T)发至电路5。然后电路5确定数Nct并将其通过多路复用器9发送至禁止电路2。稍后，多路复用器9将数Nmh传送至禁止电路2。

图3表示根据本发明第一实施例的发生器G的方块图。

发生器G首先包括诸如图1所示电路BT。频率发生器G还包括高频振荡器10，该振荡器10可为例如能接收无线电漫射信息的无线电接收机的组成部分。这种接收机例如可以使用在传呼机手表中。

由高频振荡器10产生的频率F1与由振荡器1产生的频率一样与周围温度有关并随时间而变。

为稳定该振荡器10，根据本发明在发生器G中装有一反馈电路。

振荡器10的输出信号的频率F1必须在可校准该频率F1之前先予以测量。

为一些实际原因，该振荡器10的输出信号最好通过除法器10a以获得有利于测量的较低频率。

接着，除法器10a的输出信号被加到计数器11，计数器11在某段时间间隔T内对来自除法器10a的脉冲数n_T进行计数。这样，数n_T便是由高频振荡器10提供的频率F1的测量值的指示。计数器11的输出被联结到比较装置13以在时间间隔T期间将由计数器11所计脉冲数同由存储器14提供同时联到比较器13的基准脉冲数相比较。比较装置13的输出联到也包括存储器16的评价装置15。装置15产生控制信号Sc，以控制联结到高频振荡器10的校正电路17以便修正其输出信号的频率。

时间长度测量间隔值T是由稳定时基BT确定的。事实上，由稳定时基BT输出的信号I用于控制计数器11。为实现这点，时基BT通过将信号I分频的除法器9a将频率稳定信号I供至计数器11以获得计数器11的控制信号--该信号的周期等于该所需间隔T的时间长度。例如，若时基BT的输出信号是频率为1Hz的信号，而且若所需间隔T的时间长度为8s，则除法器9a将信号I除以8，以得到由除法器9a输出的信号，该信号频率为1/8Hz该信号对应于时间相隔8s的脉冲。由除法器9a输出的该信号的第一脉冲可为启动计数器11的控制信号以便开始测量，而T秒以后到达的第二脉冲(此处T=8s)可为计数器11的停止命令，从而停止该测量。

因此计数器11的测量结果是在时间间隔期T内所计的脉冲数。然后计数器11将该脉冲n_T供至比较装置13。该脉冲数n_T同存入存储器14中的基准脉冲数N_T相比较，基准脉冲数N_T是预定的并取决于振荡器10在间隔T期间应产生的脉冲数。

比较装置13确定差值△=︱n_T-N_T︱，该差值从而代表待执行的校正，以校正高频振荡器10的频率F1。为实现这点，该值△被加到评价装置15，后者包括存入存储器16的一个数据指令表，并对每一个可能的△值提供一相应校正信号Sc，这样，△值确定了如后面将说明的必要校正。

校正信号Sc是一个可加到校正电路17的控制信号以修正振荡器10的输出信号的频率F1。校正电路17例如包括一个与振荡器10的振荡电路并联连接的可转换电容网络。校正信号Sc如此控制校正电路17的电容连接以使振荡器10的频率F1可得到所需值。对本领域技术人员来说可转换电容网络及其连接是已知的，故不在此作更详细描述。

因此人们将懂得：振荡器10的输出信号频率F1可随着由在高频振荡器10的反馈回路中起基准振荡器作用的时基BT提供的信息而得以修正从而得以稳定。

图4表示根据本发明第二实施例中发生器的一个方框图

本实施例基本上对应于图3的第一实施例，也就是说，联结到振荡器10的除法器10a被连到计数器11。然而，这里，计数器11被联结到计算装置12，例如一个加法器。该计算装置12被联结到比较装置13，一个存储器14也联结到比较装置13。比较装置的输出通过评价装置15，装置15包括存储器16并将输出控制信号Sc供至校正电路17。校正电路17被连到高频振荡器10的振荡电路以修正振荡器10的输出信号频率F1。

在第二实施例中，计数器11不受稳定的时间基BT的输出信号I的控制，而是仅受除法器1a的输出信号的控制--该输出信号通过除法器20确定计数器11的工作时序。当振荡器1的输出信号频率，因而除法器1a的输出信号频率本身不稳定时，就会产生时间测量的长度误差。这样该时间测量具有长度t而不是T，正如第一实施例的情况，由于温度，老化和对振荡器1的谐振器的初始调整所引起的变化造成的误差(t和T之差)可由供至多路复用器9的补偿信息Nct,Nmh和Nai校正。这样，由间隔长度t引起的测量误差可得到校正。

为实现这一点，如下面要解释的，多路复用器9被连到计算电路9a，以提供一校正值Nx。

事实上，计数器11在间隔t期间对来自高频振荡器10通过除法器10a的脉冲数n_t进行计数。不过，计数器11不是在T秒期间而是仅在t秒期间计数。也就是说，若t＜T，计数器11的计数时间不够长，因此有必要将校正脉冲数Nx加到计数结果nt；反之，若t＞T，则计数器计数时间过长，故有必要从数n_t减去脉冲数Nx。

为实现这点，使加到多路复用器9的三个值Nai,Nct,Nmh通过如此设置的算术电路9a致使这些值适应于为考虑到低频振荡器1的频率F2和高频振荡器10的频率F1之差，时基BT的补偿测量的时限IT和该测量所需时限T同频率F1的实际测量时限t之差，而要进行对高频回路必要校正的条件。此外，若除法器1a和10a不具有相同的分频率，它们分频率之间的比例也必须进行校正。

更确切地说，算术电路9a可以这种方式配置以便借助下列方程计算校正数Nx：

N_{x} = N_{ai} • \frac{F 1 \cdot T \cdot d 2}{F 2 \cdot Ι_{T} \cdot d 1} + (N_{ct} + N_{mh}) • \frac{F 1 \cdot T \cdot d 2}{F 2 \cdot t \cdot d 1}

其中d1和d2分别是除法器10a和1a的分频率，而t是频率F1实际测量的时间长度

人们懂得，数Nx可一方面视Nct和Nai值(总为正)而另一方面视Nmh值(正或负)而定为正或负。

接着，计算装置12将由算术电路9a计算的数Nx加到从计算数11所接收脉冲数n_t，以获得脉冲数n_T=n_t+Nx。

这种相加结果n_T，如图3实施例，经由比较装置13同脉冲基准数N_T相比较。

由该比较确定的差︱n_T-N_T︱=△经装置15和16以与第一实施例的同样方式处理，以产生校正信号。因此，这里评价装置15也产生校正信号Sc，以控制校正电路17从而修正振荡器10的输出信号频率F1，稳定该频率，正如对图3所示第一实施例已描述情况一样。

从以上说明可见，根据本发明的发生器G可有利地装入寻呼机手表中。然后将发生器G的时基BT联结到寻呼机手的显示装置，并将发生器G的高频振荡器10用作对信息的无线电接收机。这样，由于按本发明的该频率发生器G之故，寻呼机手表便具有稳定的时基以及稳定的无线电接收机。

Claims

1．包括预定产生第一频率(F1)的第一振荡器(10)的频率发生器(G)，其特征在于还包括：

包括预定产生第二频率(F2)的第二振荡器(1)和该第二振荡器的补偿装置(4,5,6)的时基(BT)，该时基提供随时间稳定而且与温度无关的频率信号，

用于定义由所述稳定频率信号或第二振荡器确定时间间隔(T,t)的装置(9a,20)，以及

包括以下部分的反馈装置：

计数器(11)，对在所述时间间隔(T,t)期间来自所述第一振荡器(10)的脉冲第一(n_T；n_t)进行计数，

比较装置(13)，接收根据所述计数器(11)的第一数的一个值，

用于给所述比较装置(13)提供脉冲基准数(N_T)的装置(14)，以及

用于提供作为根据所述第一数(n_T；n_t)的所述值和所述基准数(N_T)之差(△)的一个函数的校正信号(Sc)的装置(13,1 5,16)，

所述发生器还包括一个所述第一振荡器(10)的振荡频率(F1)的校正电路(17)，该校正电路受所述校正信号(Sc)的控制。

2．根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，

所述第二振荡器(1)具有补偿装置(4,5,6,9,9a)，该补偿装置提供代表要进行校正的校正脉冲数(Nx)，其中所述确定时间间隔(t)的装置(20)的时间间隔由所述第二振荡器(1)确定，而所述计数器(11)用于在所述时间间隔(t)期间对来自所述第一振荡器(10)的脉冲进行所述第一计数(n_t)，并将脉冲的该第一数供给为计算所述第一数(n_t)的和(n_T)以及所述校正数(Nx)而设置的加法装置(12)，所述比较装置(13)用于接收由所述计算装置(12)提供的表示根据所述第一数的值的所述和(n_T)。

3．根据权利要求1的发生器，其特征在于，所述确定时间间隔的装置(9a)的时间间隔(T)是由所述稳定频率信号确定的，而根据所述脉冲的第一数(n_T)的所述值等于由所述计数器(11)提供的所述脉冲的第一数。

4．根据权利要求1的发生器，其特征在于，所述第二振荡器(1)的补偿装置(4,5,6,9)包括：

所述时基的温度补偿电路(4,5)，和

所述时基的老化补偿电路(6,8)。

5．根据权利要求1的发生器，其特征在于，用于放置在能接收无线电漫射信息的时计中，该时计至少包括显示时间信息(Ⅰ)的显示装置和接收所述信息的接收装置，所述接收装置包括作为所述信息的无线电接收机的所述第一振荡器(10)，以及由所述时基(BT)提供的所述稳定频率信号联结到所述显示装置，并且所述校正电路(17)是由包括一或几个电容的可转换电容网络构成，每个电容可并联到所述第一振荡器(10)的振荡电路上以修正其频率(F1)。