CN109586710A - 一种温补晶振频率调谐电路 - Google Patents

一种温补晶振频率调谐电路 Download PDF

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罗武
田殷
杨光
游九洲
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    • H03L1/02Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
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Abstract

本发明公开了一种温补晶振频率调谐电路,包括:稳压单元,其用于提供稳压;电位器单元,其滑动端与温补晶振的VC端相连;第一电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第一端相连,其第二端与所述稳压单元的输出端相连;第二电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第二端相连,其第二端接地;其中,所述第一电阻单元和第二电阻单元分别串联在所述电位器单元的第一端和第二端,可以降低电位器受温度和振动的影响,从而极大地改善温补晶振的频率稳定度。

Description

一种温补晶振频率调谐电路
技术领域
本发明涉及温补晶振频率调谐技术领域,尤其涉及一种温补晶振频率调谐电路。
背景技术
温补晶振(TCXO)是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿,以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。温补晶振的VC脚用于频率调谐,调整频率稳定度。
频率稳定度是频率源设计的一个关键技术指标。频率源的频率稳定度直接影响雷达接收机的解调。而频率源的频率稳定度由参考晶振决定。因此如何提高晶振频率稳定度是频率源设计中的一个热门研究课题。
现有的温补晶振频率调谐电路如图1所示,VC端与VCC供电端通过电位器相连。以10KΩ的电位器为例,VC端电压Vc=(VCC÷10)×Rc。Rc可看作为VC端到地之间的电阻。由上述表达式可知,VC端电压受直流直流电源VCC供电及电位器影响。
现有技术的不足在于:1)直流电源VCC供电在高低温下变化较大,会影响VC端电压,而VC端电压直接影响温补晶振的频率稳定度;2)电位器的电阻受温度影响大,电阻的改变会直接影响VC端电压,间接影响温补晶振的频率稳定度。而且电位器在振动条件下,电阻特性也会变化,会进一步恶化频率稳定度。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足,提供了一种温补晶振频率调谐电路,包括:
稳压单元,其用于提供稳压;
电位器单元,其滑动端与温补晶振的VC端相连;
第一电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第一端相连,其第二端与所述稳压单元的输出端相连;
第二电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第二端相连,其第二端接地;
其中,所述第一电阻单元和第二电阻单元分别串联在所述电位器单元的第一端和第二端,以降低所述电位器单元受温度和振动的影响。
在一个实施例中,所述稳压单元为基准电压源。
在一个实施例中,所述第一电阻单元和第二电阻单元的总阻值通过以下表达式配置为使所述温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5伏至1.7伏;
Vc=(Us÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)
其中,Vc表示温补晶振的VC端电压,Us表示基准电压源的输出电压,R1表示第一电阻单元的总阻值,RC表示电位器单元的总阻值,R2表示第二电阻单元的总阻值,Rc+R2表示温补晶振的VC端到地之间的阻值。
在一个实施例中,所述稳压单元为直流电源。
在一个实施例中,所述第一电阻单元和第二电阻单元的总阻值通过以下表达式配置为使所述温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5伏至1.7伏;
Vc=(Vcc÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)
其中,Vc表示温补晶振的VC端电压,Vcc表示直流电源的输出电压,R1表示第一电阻单元的总阻值,RC表示电位器单元的总阻值,R2表示第二电阻单元的总阻值,Rc+R2表示温补晶振的VC端到地之间的阻值。
在一个实施例中,所述第一电阻单元的总阻值为165千欧,所述第二电阻单元的总阻值为75千欧。
在一个实施例中,所述第一电阻单元为第一电阻,所述第二电阻单元为第二电阻。
在一个实施例中,所述电位器单元为电位器。
在一个实施例中,所述基准电压源采用型号为ADR445BRZ的集成电路电源管理芯片。
在一个实施例中,所述型号为ADR445BRZ的集成电路电源管理芯片的电压输出端输出+5V电压,电压输入端接+12V电压,接地端接地。
与现有技术相比,本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点:
1)本发明提供的温补晶振频率调谐电路在电位器两端加大电阻,可以降低电位器受温度和振动的影响,从而极大地改善温补晶振的频率稳定度。
2)本发明提供的温补晶振频率调谐电路采用基准电压源替代直流电源VCC供电,可以避免直流电源VCC供电在高低温下变化较大对VC端电压的影响,从而改善温补晶振的频率稳定度。
3)本发明提供的温补晶振频率调谐电路结构简单,成本低廉,仅需很小的代价就可实现温补晶振的频率稳定度较大改善。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为现有的温补晶振频率调谐电路图;
图2为本发明实施例一的温补晶振频率调谐电路图;
图3为本发明实施例二的温补晶振频率调谐电路图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
针对现有技术的不足,本发明提出了一种温补晶振频率调谐电路。该温补晶振频率调谐电路包括稳压单元、电位器单元、第一电阻单元和第二电阻单元。其中,电位器单元的滑动端与温补晶振的VC(Voltage Control)端相连,第一电阻单元的第一端与电位器单元的第一端相连,第一电阻单元的第二端与稳压单元的输出端相连,第二电阻单元的第一端与电位器单元的第二端相连,第二电阻单元的第二端接地。第一电阻单元和第二电阻单元分别串联在电位器单元的第一端和第二端,可以降低电位器单元受温度和振动的影响,从而极大地改善温补晶振的频率稳定度。
实施例一
在本实施例中,稳压单元为基准电压源,电位器单元为电位器,第一电阻单元为第一电阻,第二电阻单元为第二电阻。第一电阻单元和第二电阻单元也可以为多个并联和/或串联的多个电阻。
图2为本发明实施例一的温补晶振频率调谐电路图。如图2所示,包括基准电压源U、电位器RC、第一电阻R1、第二电阻R2和温补晶振Y。其中,电位器RC的滑动端与温补晶振Y的VC端相连,第一电阻R1的第一端与电位器RC的第一端相连,第一电阻R1的第二端与基准电压源U的输出端相连,第二电阻R2的第一端与电位器RC的第二端相连,第二电阻R2的第二端接地。温补晶振Y的VCC端接直流电源。
基准电压源U是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。在本实施例中,基准电压源U采用型号为ADR445BRZ的集成电路电源管理芯片(温度特性:3ppm/℃)。该芯片的第6引脚(电压输出端)输出高稳+5V电压,第2引脚(电压输入端)接+12V电压,第4引脚(接地端)接地。采用基准电压源U来替代现有的直流电源VCC供电,其在高低温下不受影响,可以避免直流电源VCC供电在高低温下变化较大对VC端电压的影响,从而改善温补晶振的频率稳定度。
下面具体介绍在电位器两端增大电阻来实现频率高稳定度输出的原理。
假定选定的温补晶振的固有指标为1.6V对应晶振标称频率,3.3V对应±7.5×10-6。本实施例在电位器两端增大电阻,即在电位器两端串联第一电阻R1和第二电阻R2,使VC端电压限定在1.5V~1.7V(对应晶振频率稳定度±0.45×10-6)。
假定1.6V对应晶振标称频率,那么需要实现VC端高稳1.6V。如图2所示,Vc=(Us÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)。其中,Vc表示VC端电压,Us表示基准电压源U的输出电压,R1表示第一电阻R1的阻值,RC表示电位器RC的总阻值,R2表示第二电阻R2的阻值,Rc+R2表示VC端到地之间的电阻。
基准电压源U的输出电压为+5V,电位器RC的总阻值为10KΩ,将其代入上述表达式,则Vc=(5÷(R1+10+R2))×(Rc+R2)。
温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5V至1.7V,将其代入上述表达式,则求解可得,R1=165KΩ,R2=75KΩ。
若要实现VC端高稳1.6V,则1.6=(5÷(165+10+75))×(Rc+75),求解可得,Rc=5KΩ。
以工业温度(-40~+85)为例,现有的温补晶振频率调谐电路中+5V电压的变化量为±0.05。所选基准电压源温度特性为3ppm/℃,本实施例的温补晶振频率调谐电路中+5V电压的变化量为±(3*10-6*125*5)=±0.001875。以电位器电阻偏移1KΩ为例,现有的温补晶振频率调谐电路中VC端电压变化量为5÷10=0.5V,本实施例的温补晶振频率调谐电路中VC端电压变化量为5÷(165+10+75)=0.02V。
根据上述计算结果可知,现有的温补晶振频率调谐电路中VC端电压最多偏差0.55V,对应晶振频率稳定度最大偏移±(7.5×10-6÷3.3×0.55)=±1.25×10-6。本实施例的温补晶振频率调谐电路中VC端电压最多偏差0.02+0.001875=0.021875V,对应晶振频率稳定度最大偏移±(7.5×10-6÷3.3×0.021875)=±0.0497×10-6。采用本实施例的温补晶振频率调谐电路,其晶振频率稳定度相比现有的温补晶振频率调谐电路可以改善25倍。
综上所述,本实施例提供的温补晶振频率调谐电路结构简单,成本低廉,仅需很小的代价就可实现温补晶振的频率稳定度较大改善。一方面,本实施例提供的温补晶振频率调谐电路在电位器两端加大电阻,可以降低电位器受温度和振动的影响,从而极大地改善温补晶振的频率稳定度。另一方面,本实施例提供的温补晶振频率调谐电路采用基准电压源替代直流电源VCC供电,可以避免直流电源VCC供电在高低温下变化较大对VC端电压的影响,从而改善温补晶振的频率稳定度。
实施例二
在本实施例中,稳压单元为直流电源,电位器单元为电位器,第一电阻单元为第一电阻,第二电阻单元为第二电阻。第一电阻单元和第二电阻单元也可以为多个并联和/或串联的多个电阻。
图3为本发明实施例二的温补晶振频率调谐电路图。如图3所示,包括直流电源VCC、电位器RC、第一电阻R1、第二电阻R2和温补晶振Y。其中,电位器RC的滑动端与温补晶振Y的VC端相连,第一电阻R1的第一端与电位器RC的第一端相连,第一电阻R1的第二端与直流电源VCC的输出端相连,第二电阻R2的第一端与电位器RC的第二端相连,第二电阻R2的第二端接地。温补晶振Y的VCC端接直流电源。
下面具体介绍在电位器两端增大电阻来实现频率高稳定度输出的原理。
假定选定的温补晶振的固有指标为1.6V对应晶振标称频率,3.3V对应±7.5×10-6。本实施例在电位器两端增大电阻,即在电位器两端串联第一电阻R1和第二电阻R2,使VC端电压限定在1.5V~1.7V(对应晶振频率稳定度±0.45×10-6)。
假定1.6V对应晶振标称频率,那么需要实现VC端高稳1.6V。如图3所示,Vc=(Vcc÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)。其中,Vc表示VC端电压,Vcc表示直流电源VCC的输出电压,R1表示第一电阻R1的阻值,RC表示电位器RC的总阻值,R2表示第二电阻R2的阻值,Rc+R2表示VC端到地之间的电阻。
直流电源VCC的输出电压为+5V,电位器RC的总阻值为10KΩ,将其代入上述表达式,则Vc=(5÷(R1+10+R2))×(Rc+R2)。
温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5V至1.7V,将其代入上述表达式,则求解可得,R1=165KΩ,R2=75KΩ。
若要实现VC端高稳1.6V,则1.6=(5÷(165+10+75))×(Rc+75),求解可得,Rc=5KΩ。
以工业温度(-40~+85)为例,现有的温补晶振频率调谐电路中+5V电压的变化量为±0.05。本实施例的温补晶振频率调谐电路中+5V电压的变化量也为±0.05。以电位器电阻偏移1KΩ为例,现有的温补晶振频率调谐电路中VC端电压变化量为5÷10=0.5V,本实施例的温补晶振频率调谐电路中VC端电压变化量为5÷(165+10+75)=0.02V。
根据上述计算结果可知,现有的温补晶振频率调谐电路中VC端电压最多偏差0.55V,对应晶振频率稳定度最大偏移±(7.5×10-6÷3.3×0.55)=±1.25×10-6。本实施例的温补晶振频率调谐电路中VC端电压最多偏差0.02+0.05=0.07V,对应晶振频率稳定度最大偏移±(7.5×10-6÷3.3×0.07)=±0.1591×10-6。采用本实施例的温补晶振频率调谐电路,其晶振频率稳定度相比现有的温补晶振频率调谐电路可以改善7倍。
综上所述,本实施例提供的温补晶振频率调谐电路结构简单,成本低廉,仅需很小的代价就可实现温补晶振的频率稳定度较大改善。具体地,本实施例提供的温补晶振频率调谐电路在电位器两端加大电阻,可以降低电位器受温度和振动的影响,从而极大地改善温补晶振的频率稳定度。
虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种温补晶振频率调谐电路,其特征在于,包括:
稳压单元,其用于提供稳压;
电位器单元,其滑动端与温补晶振的VC端相连;
第一电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第一端相连,其第二端与所述稳压单元的输出端相连;
第二电阻单元,其第一端与所述电位器单元的第二端相连,其第二端接地;
其中,所述第一电阻单元和第二电阻单元分别串联在所述电位器单元的第一端和第二端,以降低所述电位器单元受温度和振动的影响。
2.根据权利要求1所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述稳压单元为基准电压源。
3.根据权利要求2所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述第一电阻单元和第二电阻单元的总阻值通过以下表达式配置为使所述温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5伏至1.7伏;
Vc=(Us÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)
其中,Vc表示温补晶振的VC端电压,Us表示基准电压源的输出电压,R1表示第一电阻单元的总阻值,RC表示电位器单元的总阻值,R2表示第二电阻单元的总阻值,Rc+R2表示温补晶振的VC端到地之间的阻值。
4.根据权利要求1所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述稳压单元为直流电源。
5.根据权利要求4所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述第一电阻单元和第二电阻单元的总阻值通过以下表达式配置为使所述温补晶振的VC端电压的可调范围限定为1.5伏至1.7伏;
Vc=(Vcc÷(R1+RC+R2))×(Rc+R2)
其中,Vc表示温补晶振的VC端电压,Vcc表示直流电源的输出电压,R1表示第一电阻单元的总阻值,RC表示电位器单元的总阻值,R2表示第二电阻单元的总阻值,Rc+R2表示温补晶振的VC端到地之间的阻值。
6.根据权利要求3或5所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述第一电阻单元的总阻值为165千欧,所述第二电阻单元的总阻值为75千欧。
7.根据权利要求1所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述第一电阻单元为第一电阻,所述第二电阻单元为第二电阻。
8.根据权利要求1所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述电位器单元为电位器。
9.根据权利要求2所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述基准电压源采用型号为ADR445BRZ的集成电路电源管理芯片。
10.根据权利要求9所述的温补晶振频率调谐电路,其特征在于,所述型号为ADR445BRZ的集成电路电源管理芯片的电压输出端输出+5V电压,电压输入端接+12V电压,接地端接地。
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