CN110336555A - 一种频率稳定的恒温晶体振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种频率稳定的恒温晶体振荡器，包括4部分电路:a)温度控制电路；b)振荡电路；C)补偿电路模块和d)电源部分模块；所述控温电路包括运算放大器OPA7、运算放大器OPA7、温度传感器NTC、功率管MP和电阻RF；由电阻R3,R4，R5及NTC构成电桥电路，将温度传感器NTC的感知温度参数转换成电参数，当OPA7输出高电平时，输出信号给加热功率管MP。本发明将热量直接加热到晶片上，避免了温度传导延时和热量损耗，极大的降低了产品的功耗，减小了控温电路的反应时间，从而实现了精准快速控温；晶体和电路封装到陶瓷腔体内，实现了产品小型化。

Description

一种频率稳定的恒温晶体振荡器
技术领域
本发明涉及振荡技术领域，特别是恒温晶体振荡器。
背景技术
恒温晶体振荡器(OCXO,Oven controlled Crystal Oscillator),是利用恒温槽使晶体振荡器的温度保持恒定，从而能够输出一个非常稳定的频率，频率稳定度10-10到10-9量级。
OCXO主要由控温电路、振荡电路、稳压电路和放大电路等部分组成。传统的OCXO的这些电路全部由分立元件组成，存在体积大，功耗高的缺点。而5G通信技术要求OCXO更小尺寸，更低功耗，更高的稳定度，传统的设计越来越难以满足新的需求。由于分立元件太多，体积较大，功耗较大，成本较高，频率的调试和恒温槽温度的控制需要用更换电阻和电容的方法来实现，效率低，而且封焊后无法修改；产品的稳定度完全取决于恒温槽控温精度，缺少对稳定度的修正能力。因此本领域迫切需要设计出一种专用于OCXO的集成电路，该晶振的频率具有较高的稳定度，并具有小型化，低功耗的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种频率稳定的恒温晶体振荡器，它具有较高的稳定度，并具有小型化，低功耗的特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种频率稳定的恒温晶体振荡器，包括4部分电路:a)温度控制电路；b)振荡电路；C)补偿电路模块和d)电源部分模块；所述控温电路包括运算放大器OPA7、运算放大器OPA7、温度传感器NTC、功率管MP和电阻RF；由电阻R3,R4，R5及NTC构成电桥电路，将温度传感器NTC的感知温度参数转换成电参数，当OPA7输出高电平时，输出信号给加热功率管MP。
上述频率稳定的恒温晶体振荡器，所述振荡电路由两个三极管、晶振芯片和电容组成振荡器，LDO为稳压电路，BUFFER为振荡电路的信号放大电路。
本发明的振荡频率具有较高的稳定度，并具有小型化，低功耗的特点。
附图说明
图1是本发明的拓扑结构示意图；
图2是本发明温度控制电路电原理图；
图3是本发明振荡电路部分的电原理图。
具体实施方式
本发明主要由4大部分组成:a)温度控制部分,TEMP CONT模块；b)振荡器部分,COLPITTS OSC(PIERCE OSc)、DiVIDER、BUFF模块；C、补偿电路部分,A/D、D/A、EEPROM、PRET、LPF、CONT、AFC模块；d)电源部分,LDO模块。
功能模块描述
拓扑结构引脚描述
温度控制电路，通过TSEN端口引入热敏电阻信号，TEMP CONT过内部电桥平衡电路控制片外功率MOS管的功率，实对恒温槽温度的控制。通过EEPROM实现对恒定温度点的修调分频器，对振荡器的输出进行分频，由EEPROM使能分COLPITTS OSC/科尔皮兹振荡器DIVIDER功能价出，以驱动大的容性负载的植拟输入信号转换
本发明从两个方面采取措施，稳定温度和频率。温控模块的工作原理是：
图中的NTC为负温度系数的热敏电阻或其它负温度系数的温度传感器，由外围电路TSEN1引入。
负温度系数温度传感器置于恒温晶体振荡器内部一个合理的位置，用于感知恒温槽的温度；
运算放大器OPA7和R3,R4，R5及NTC构成电桥电路将温度传感器NTC感知温度参数转换成电参数，当恒温槽刚开始工作时，NTC处电压高于电阻R3和电阻R4连接处的电压，OPA7输出高电平，并输出给加热功率器件MP，恒温槽按设定最大功率加热。
当恒温槽温度达到设定的温度时，即温度传感器NTC处的温度等于设定值时，NTC处电压等于R3和R4连接处电压，电桥达到平衡，恒温槽温度达到稳定。
OPA8用于设定恒温槽工作的最大电流，OPA8从RF处接收反馈电信号，当恒温槽电流大于设定值时OPA8输出0电平，从而将MP的输入端电平拉低，MP工作电流会下降，从而实现控制MP最大工作电流的目的。
R5在本电路中的作用是给控温电路增加地源电压负反馈，减少由于电路电源电压波动引起的恒温槽稳定度的变化。
R7用于设定恒温槽的恒定温度，不同的R7值对应着不同的恒温槽温度。
在本设计中R5和R7可以通过电路进行调节，方便恒温晶体振荡器的温度特性调整，解决了传统恒温晶振需要手工更换电阻值弊端。
振荡电路的工作原理是：
振荡电路主要由COLPITTS晶体振荡电路，信号放大缓冲电路-BUFFER和分频器DIVIDER组成。
图中的LDO为稳压电路，用于给振荡电路提供稳定的电压源；
虚线框内的电阻和两个三极管结合虚线框外的晶体和电容共同组成COLPITTS晶体振荡电路，使得晶体合理振荡，输出稳定频率；
虚线框中的BUFFER，其作用是对振荡电路的信号放大，并与负载进行隔离，提高振荡电路稳定性和驱动负载的能力。
另外本发明还在电路中增加了分频功能，将分频器(拓扑结构图中的DIVIDER)集成到本发明中。
温度补偿电路：主要包含A/D,D/A,EEPROM,PRET,LPFCONT和AFC模块组成；
本发明通过TSEN2感知外界温度变化，将温度变化量通过内部的转换电路转换成频率变化从而实现对产品频率的温度补偿。
电源部分：稳压电路LDO，在本设计中有两个稳压电路模块，其中一个用于给振荡电路和控温电路两个模拟电路供电，一个用于给数字电路供电；这样设计的主要目的是避免数字电路中的噪声信号影响到模拟电路。
频率调节功能：通过数字写入功能，信息输入到EEPROM，在经过D/A，LPF，加法器，最终将电信号输出到VCOUT PIN，通过控制外围电路的变容二极管来调节产品的中心频率。解决了传统OCXO需要通过手工更换电容的方法来调整产品频率的弊端，同时解决了产品封焊后频率无法调整的问题。

Claims (2)

1.一种频率稳定的恒温晶体振荡器，其特征在于：包括4部分电路:a)温度控制电路；b)振荡电路；C)补偿电路模块和d)电源部分模块；所述控温电路包括运算放大器OPA7、运算放大器OPA7、温度传感器NTC、功率管MP和电阻RF；由电阻R3,R4，R5及NTC构成电桥电路，将温度传感器NTC的感知温度参数转换成电参数，当OPA7输出高电平时，输出信号给加热功率管MP。
2.根据权利要求1所述的一种频率稳定的恒温晶体振荡器，其特征在于：所述振荡电路由两个三极管、晶振芯片和电容组成振荡器，LDO为稳压电路，BUFFER为振荡电路的信号放大电路。
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