CN109474239A - 5g标准源高频晶振电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G标准源高频晶振电路，属于标准源晶振领域，其包括晶振控制电路，晶振控制电路包括低频晶振单元、高频晶振单元和协调控制单元，低频晶振单元向协调控制单元输出时钟频率Vout1，高频晶振单元向协调控制单元输出时钟频率Vout2，协调控制单元根据时钟频率Vout1和时钟频率Vout2生成控制信号PWM并传输给高频晶振单元，高频晶振单元根据接收到的控制信号PWM调整并向外界输出时钟频率Vout2，本发明具有在输出较高频的时钟频率时，也能够长时间保证时钟频率稳定的效果。
Description
技术领域
本发明涉及标准源晶振的技术领域，尤其是涉及一种5G标准源高频晶振电路。
背景技术
目前单片机等中央处理器或集成芯片在工作时都需要时钟电路为其提供稳定的时钟振荡频率，即时间信号，时钟电路的时钟振荡频率越快中央处理器或集成芯片所能够控制的时间越精确。而时钟电路中主要是依靠晶振电路来产生振荡频率，在5G等需要高时钟频率的技术中，需要晶振电路产生极高并且稳定的振荡频率。通常的高频晶振电路非常容易受到外界温度、振动等条件的影响，并且难以长时间使用，所以在使用高频晶振电路时，大部分厂家都会给高频晶振电路加入各种补偿电路，或直接采用低频晶振电路放大频率。
现有技术可参考授权公告号为CN207504824U的中国实用新型专利，其公开了一种高频晶体振荡器，包括产生振荡信号的晶体振荡器，还包括至少两级倍频放大电路和整形匹配电路；所述的倍频放大电路包括将振荡信号进行倍频的倍频电路、对倍频电路输出信号进行滤波的第一带通滤波电路，对带通滤波电路输出的倍频振荡信号进行放大的放大电路；最后一级倍频放大电路中的放大电路输出信号经过整流匹配电路整流匹配以后输出。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：5G等高精尖技术通常需要的振荡频率非常高，通常为100MHz。在这种晶振电路的振荡频率极高的前提下，补偿电路难以解决高频晶振电路在长时间使用后产生的频率不稳定的问题，而采用上述低频晶体振荡器加上放大电路提高震荡频率的方式，难以将低频的振荡频率放大成稳定的高频振荡频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种5G标准源高频晶振电路，在输出较高频的时钟频率时，也能够长时间保证时钟频率稳定。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种5G标准源高频晶振电路，包括晶振控制电路，晶振控制电路包括：
低频晶振单元，所述低频晶振单元包括低频压控温补晶体振荡器，低频压控温补晶体振荡器能够接收外界输入的时钟脉冲并输出低频的时钟频率Vout1；
高频晶振单元，所述高频晶振单元包括高频压控晶体振荡器，高频压控晶体振荡器能够输出高频的时钟频率Vout2并将时钟频率Vout2传输给外界；
协调控制单元，所述协调控制单元连接低频晶振单元和高频晶振单元，协调控制单元包括连接低频压控温补晶体振荡器和高频压控晶体振荡器的控制芯片，控制芯片接收低频压控温补晶体振荡器输出的时钟频率Vout1和高频压控晶体振荡器输出的时钟频率Vout2，控制芯片根据时钟频率Vout1与时钟频率Vout2生成控制信号PWM，并将控制信号PWM传输给高频压控晶体振荡器，高频压控晶体振荡器根据接收到的控制信号PWM调整并输出时钟频率Vout2。
通过采用上述方案，由于低频压控温补晶体振荡器收到环境的影响小，老化速度慢，不容易出现问题，所以采用低频压控温补晶体振荡器来对高频压控晶体振荡器进行调整，能够保证晶振电路输出的高频时钟频率稳定。即使高频压控晶体振荡器输出的时钟频率很高，也能够长时间保证时钟频率稳定，能够为5G提供符合标准的时钟脉冲。
本发明进一步设置为：低频压控温补晶体振荡器的OUT口电连接有电容C2，控制芯片的REFIN口电连接于电容C2的另一端。
通过采用上述方案，电容C2对低频压控温补晶体振荡器输出的时钟频率Vout1进行滤波，并减少低频压控温补晶体振荡器和控制芯片之间的相互干扰。
本发明进一步设置为：控制芯片的CP口电连接有电阻R1，高频压控晶体振荡器的VC口电连接于电阻R1的另一端，高频压控晶体振荡器的GND口接地，并且高频压控晶体振荡器的GND口与VC口之间并联有电容C1。
通过采用上述方案，电容C1对控制芯片向高频压控晶体振荡器输出的控制信号PWM进行滤波，减少控制信号PWM内的杂波。
本发明进一步设置为：高频压控晶体振荡器的VCC口电连接有标准源VCC，高频压控晶体振荡器的VCC口与标准源VCC之间并联有电容C5和电容C6，电容C5和电容C6之间电连接有接地端。
通过采用上述方案，电容C5和电容C6对向高频压控晶体振荡器传输的电源电流进行滤波，能够有效去除高频压控晶体振荡器的电源电流中的杂波。
本发明进一步设置为：晶振控制电路还包括报警单元，所述报警单元连接高频晶振单元和协调控制单元并且接收协调控制单元向报警单元输出的控制信号PWM，报警单元将控制信号PWM与预设控制信号进行比较，当控制信号PWM大于预设控制信号时，报警单元进行报警。
通过采用上述方案，当高频压控晶体振荡器输出的时钟频率Vout2不稳定时，报警单元能够进行报警，提醒使用者，如果长时间发出警报则证明晶振电路出现损坏，提醒用户进行修理。
本发明进一步设置为：报警单元包括指示灯LED，当控制信号PWM大于预设控制信号时，指示灯LED亮起。
通过采用上述方案，当高频压控晶体振荡器输出的时钟频率Vout2不稳定时，指示灯LED会不断闪烁，用户能够通过指示灯LED来快速得知晶振电路有没有故障发生。
本发明进一步设置为：还包括：电源电路，所述电源电路包括一次变压单元和二次变压单元，所述一次变压单元能够连接外界电源并对外界电源进行变压输出降压后的电流；所述二次变压单元连接一次变压单元并且接收一次变压单元输出的电流，二次变压单元对一次变压单元输出的电流进行再次变压，输出适合晶振电路供电的低压电流。
通过采用上述方案，电源经过两次逐级稳压，电压变换平稳，峰值电压小，电压稳定，晶振电路运行稳定，长时间工作不容易出现问题。
本发明进一步设置为：一次变压单元包括第一三端稳压器，第一三端稳压器的Vin口电连接于外接电源，第一三端稳压器的GND口电连接有电容C8，电容C8另一端接地，第一三端稳压器的Vout口和GND口之间电连接有电阻R4，电容C8两端并联有电阻R5，在电阻R4和电阻R5两端并联有电容C9。
通过采用上述方案，电容C8和电容C9对第一三端稳压器输出的电流进行滤波，使进入第二三端稳压器的电流稳定。
本发明进一步设置为：二次变压单元包括电连接于第一三端稳压器的Vout口的第二三端稳压器，第一三端稳压器的Vout口电连接于第二三端稳压器的Vin口，第二三端稳压器的GND口电连接有电容C10，电容C10另一端接地，第二三端稳压器的Vout口和GND口之间电连接有电阻R6，电容C10两端并联有电阻R7，电阻R6和电阻R7两端并联有电容C11。
通过采用上述方案，电容C10和电容C11对第二三端稳压器输出的电流进行滤波，使第二三端稳压器输出的电流稳定。
本发明进一步设置为：第二三端稳压器的Vout口电连接有电感L。
通过采用上述方案，电容C11和电感L形成LC滤波电路，对标准源VCC的电流进行进一步滤波。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 由于低频压控温补晶体振荡器收到环境的影响小，老化速度慢，不容易出现问题，所以采用低频压控温补晶体振荡器来对高频压控晶体振荡器进行调整，能够保证晶振电路输出的高频时钟频率稳定。即使高频压控晶体振荡器输出的时钟频率很高，也能够长时间保证时钟频率稳定，能够为5G提供符合标准的时钟脉冲；
2. 当高频压控晶体振荡器输出的时钟频率Vout2不稳定时，报警单元能够进行报警，提醒使用者，如果长时间发出警报则证明晶振电路出现损坏，提醒用户进行修理；
3. 电源经过两次逐级稳压，电压变换平稳，峰值电压小，电压稳定，晶振电路运行稳定，长时间工作不容易出现问题。
附图说明
图1是实施例一的整体模块示意图；
图2是实施例一的整体电路示意图；
图3是实施例一中突出协调控制单元信号处理逻辑的逻辑框图；
图4是实施例二中突出低频晶振单元、高频晶振单元和协调控制单元的电路示意图；
图5是实施例二中突出报警单元的电路示意图；
图6是实施例二中突出电源电路的电路示意图。
图中，1、晶振控制电路；11、低频晶振单元；111、低频压控温补晶体振荡器；12、协调控制单元；121、控制芯片；13、高频晶振单元；131、高频压控晶体振荡器；14、报警单元；2、电源电路；21、一次变压单元；211、第一三端稳压器；22、二次变压单元；221、第二三端稳压器。
具体实施方式
实施例一：一种5G标准源高频晶振电路，如图1和图2所示，包括晶振控制电路1，晶振控制电路1包括低频晶振单元11、协调控制单元12和高频晶振单元13。
如图2和图3所示，低频晶振单元11包括低频压控温补晶体振荡器111，低频压控温补晶体振荡器111的型号可以设置为VCTCXO-2016-20MHz，即低频压控温补晶体振荡器111输出的振荡频率为20MHz。低频压控温补晶体振荡器111的VC口电连接有控制端VC1，控制端VC1用于外接中央处理器，中央处理器能够向控制端VC1输出时钟脉冲。低频压控温补晶体振荡器111的GND口接地，低频压控温补晶体振荡器111的VCC口电连接有标准源VCC。低频压控温补晶体振荡器111的OUT口电连接有电容C2。低频压控温补晶体振荡器111在接收到时钟脉冲后输出20MHz的时钟频率Vout1。
如图2和图3所示，协调控制单元12包括控制芯片121，控制芯片121的VCC口也电连接于标准源VCC上。控制芯片121的REFIN口电连接于电容C2的另一端。控制芯片121的REFIN口接收低频压控温补晶体振荡器111输出的时钟频率Vout1。控制芯片121的LKDOT口悬空，控制芯片121的D0口与D1口相互串联并且均电连接于标准源VCC上。控制芯片121的GND口接地。控制芯片121的CP口电连接有电阻R1。控制芯片121的Coin口电连接有电容C3。电容C2对低频压控温补晶体振荡器111输出的时钟频率Vout1进行滤波，并减少低频压控温补晶体振荡器111和控制芯片121之间的相互干扰。
如图2和图3所示，高频晶振单元13包括高频压控晶体振荡器131，高频压控晶体振荡器131的型号可以设置为VCXO-3225-100MHz，即高频压控晶体振荡器131输出的振荡频率为100MHz。高频压控晶体振荡器131的VC口电连接于电阻R1的另一端。高频压控晶体振荡器131的GND口接地，并且高频压控晶体振荡器131的GND口与VC口之间并联有电容C1。高频压控晶体振荡器131的VCC口也电连接于标准源VCC。高频压控晶体振荡器131的OUT口电连接于电容C3的另一端。高频压控晶体振荡器131的OUT口也电连接有电容C4，电容C4另一端电连接有输出端OUT。输出端OUT用于外接中央处理器，高频压控晶体振荡器131通过OUT口向中央处理器输出时钟频率Vout2。高频压控晶体振荡器131同时能够向控制芯片121的COin口输入时钟频率Vout2。控制芯片121能够向高频压控晶体振荡器131的VC口输出控制信号PWM，高频压控晶体振荡器131在接收到控制信号PWM后根据控制信号PWM3输出时钟频率Vout2。
控制芯片121通过REFIN口接收低频压控温补晶体振荡器111输出的时钟频率Vout1，控制芯片121通过Coin口接收高频压控晶体振荡器131输出的时钟频率Vout2。控制芯片121将时钟频率Vout1与时钟频率Vout2进行比较做差，得出时钟频率Vout1与时钟频率Vout2的差值Der。控制芯片121预存有不同差值Der对应的控制信号PWM，控制芯片121通过差值Der查询调用控制信号PWM并将控制信号PWM传输给高频压控晶体振荡器131。高频压控晶体振荡器131根据接收到的控制信号PWM调整并输出时钟频率Vout2，保证时钟频率Vout2输出稳定。由于低频压控温补晶体振荡器111收到环境的影响小，老化速度慢，不容易出现问题，所以采用低频压控温补晶体振荡器111来对高频压控晶体振荡器131进行调整，能够保证晶振电路输出的高频时钟频率稳定。电容C3能够对高频压控晶体振荡器131向控制芯片121输出的时钟频率Vout2进行滤波，并减少高频压控晶体振荡器131与控制芯片121之间的相互干扰。电容C4对高频压控晶体振荡器131向输出端OUT输出的时钟频率Vout2进行滤波，并减少高频压控晶体振荡器131受到的中央处理器的干扰。
如图2所示，在控制芯片121的VCC口与高频压控晶体振荡器131的VCC口之间并联有电容C5和电容C6，电容C5和电容C6之间电连接有接地端。电容C5和电容C6对向高频压控晶体振荡器131传输的电源电流进行滤波，能够有效去除高频压控晶体振荡器131的电源电流中的杂波。
实施例二：一种5G标准源高频晶振电路，如图4和图5所示，与实施例一的不同之处在于，晶振控制电路1还包括报警单元14。报警单元14包括电连接于高频压控晶体振荡器131的VC口与电阻R1之间的比较器T，比较器T的正向输入端电连接于高频压控晶体振荡器131的VC口与电阻R1之间。比较器T的负向输入端电连接有电容C7，电容C7另一端电连接有使能端VC2，使能端VC2用于电连接中央处理器，中央处理器向使能端VC2传输预设控制信号Vref。比较器T的输出端电连接有电阻R2，电阻R2另一端电连接有mos管Q，mos管Q的基极电连接于电阻R2上，mos管的集电极电连接有电阻R3，电阻R3另一端电连接有标准源VCC。mos管的发射极电连接有指示灯LED，指示灯LED另一端接地。当高频压控晶体振荡器131输出的时钟频率Vout2稳定时，控制信号PWM等于预设控制信号Vref。当高频压控晶体振荡器131输出的时钟频率Vout2突然增大时，控制信号PWM大于预设控制信号Vref，此时比较器T输出高电平信号，mos管的基极接收到高电平信号后控制集电极和发射极导通，指示灯LED得电亮起。当高频压控晶体振荡器131输出的时钟频率Vout2不稳定时，指示灯LED会不断闪烁。指示灯LED能够与固定在晶振电路封装上，用户能够通过指示灯LED来快速得知晶振电路有没有故障发生。
如图6所示，一种5G标准源高频晶振电路还包括电源电路2，电源电路2与晶振控制电路1设于同一封装内。电源电路2包括一次变压单元21和二次变压单元22。一次变压单元21包括连接外部电路的第一三端稳压器211，第一三端稳压器211可以选用LM7805，LM7805能够将直流电源转化为5V正向直流电。第一三端稳压器211的Vin口电连接于外接电源，第一三端稳压器211的GND口电连接有电容C8，电容C8另一端接地。第一三端稳压器211的Vout口和GND口之间电连接有电阻R4。电容C8两端并联有电阻R5。在电阻R4和电阻R5两端并联有电容C9。
如图6所示，二次变压单元22包括电连接于第一三端稳压器211的Vout口的第二三端稳压器221，第一三端稳压器211的Vout口电连接于第二三端稳压器221的Vin口。第二三端稳压器221根据晶振电路所需电压进行选择，可以选用LM7803，第一三端稳压器211向第二三端稳压器221输入5V电流，第二三端稳压器221输出3V电流。第二三端稳压器221的GND口电连接有电容C10，电容C10另一端接地。第二三端稳压器221的Vout口和GND口之间电连接有电阻R6。电容C10两端并联有电阻R7。电阻R6和电阻R7两端并联有电容C11。第二三端稳压器221的Vout口电连接有电感L，电感L另一端电连接于标准源VCC的接口。
外接电源向第一三端稳压器211的Vin口输入电源电流，第一三端稳压器211的Vout口输出5V电流，5V电流由第二三端稳压器221的Vin口输入，第二三端稳压器221的Vout口输出3V电流作为VCC标准源，为整个晶振电路供电。外接电源经过第一三端稳压器211进行第一步稳压，电容C8和电容C9对5V电流进行滤波，使进入第二三端稳压器221的电流稳定。第二三端稳压器221再输出3V电流作为晶振电路的标准源VCC。电容C11和电感L形成LC滤波电路，对标准源VCC的电流进行进一步滤波。电源经过两次逐级稳压，电压变换平稳，峰值电压小，电压稳定，晶振电路运行稳定，长时间工作不容易出现问题。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种5G标准源高频晶振电路，包括晶振控制电路(1)，其特征在于，晶振控制电路(1)包括：
低频晶振单元(11)，所述低频晶振单元(11)包括低频压控温补晶体振荡器(111)，低频压控温补晶体振荡器(111)能够接收外界输入的时钟脉冲并输出低频的时钟频率Vout1；
高频晶振单元(13)，所述高频晶振单元(13)包括高频压控晶体振荡器(131)，高频压控晶体振荡器(131)能够输出高频的时钟频率Vout2并将时钟频率Vout2传输给外界；
协调控制单元(12)，所述协调控制单元(12)连接低频晶振单元(11)和高频晶振单元(13)，协调控制单元(12)包括连接低频压控温补晶体振荡器(111)和高频压控晶体振荡器(131)的控制芯片(121)，控制芯片(121)接收低频压控温补晶体振荡器(111)输出的时钟频率Vout1和高频压控晶体振荡器(131)输出的时钟频率Vout2，控制芯片(121)根据时钟频率Vout1与时钟频率Vout2生成控制信号PWM，并将控制信号PWM传输给高频压控晶体振荡器(131)，高频压控晶体振荡器(131)根据接收到的控制信号PWM调整并输出时钟频率Vout2。
2.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：低频压控温补晶体振荡器(111)的OUT口电连接有电容C2，控制芯片(121)的REFIN口电连接于电容C2的另一端。
3.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：控制芯片(121)的CP口电连接有电阻R1，高频压控晶体振荡器(131)的VC口电连接于电阻R1的另一端，高频压控晶体振荡器(131)的GND口接地，并且高频压控晶体振荡器(131)的GND口与VC口之间并联有电容C1。
4.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：高频压控晶体振荡器(131)的VCC口电连接有标准源VCC，高频压控晶体振荡器(131)的VCC口与标准源VCC之间并联有电容C5和电容C6，电容C5和电容C6之间电连接有接地端。
5.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：晶振控制电路(1)还包括报警单元(14)，所述报警单元(14)连接高频晶振单元(13)和协调控制单元(12)并且接收协调控制单元(12)向报警单元(14)输出的控制信号PWM，报警单元(14)将控制信号PWM与预设控制信号进行比较，当控制信号PWM大于预设控制信号时，报警单元(14)进行报警。
6.根据权利要求5所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：报警单元(14)包括指示灯LED，当控制信号PWM大于预设控制信号时，指示灯LED亮起。
7.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于，还包括：电源电路(2)，所述电源电路(2)包括一次变压单元(21)和二次变压单元(22)，所述一次变压单元(21)能够连接外界电源并对外界电源进行变压输出降压后的电流；所述二次变压单元(22)连接一次变压单元(21)并且接收一次变压单元(21)输出的电流，二次变压单元(22)对一次变压单元(21)输出的电流进行再次变压，输出适合晶振电路供电的低压电流。
8.根据权利要求7所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：一次变压单元(21)包括第一三端稳压器(211)，第一三端稳压器(211)的Vin口电连接于外接电源，第一三端稳压器(211)的GND口电连接有电容C8，电容C8另一端接地，第一三端稳压器(211)的Vout口和GND口之间电连接有电阻R4，电容C8两端并联有电阻R5，在电阻R4和电阻R5两端并联有电容C9。
9.根据权利要求8所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：二次变压单元(22)包括电连接于第一三端稳压器(211)的Vout口的第二三端稳压器(221)，第一三端稳压器(211)的Vout口电连接于第二三端稳压器(221)的Vin口，第二三端稳压器(221)的GND口电连接有电容C10，电容C10另一端接地，第二三端稳压器(221)的Vout口和GND口之间电连接有电阻R6，电容C10两端并联有电阻R7，电阻R6和电阻R7两端并联有电容C11。
10.根据权利要求1所述的5G标准源高频晶振电路，其特征在于：第二三端稳压器(221)的Vout口电连接有电感L。
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