CN110376446A - 晶振模块高鲁棒性主动降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，特别是晶振模块高鲁棒性主动降噪方法。包括：测量静止环境下晶振相位噪声；测试三轴振动方向下晶振的相位噪声，并计算得加速度敏感性矢量；利用压控模块对晶振模块的电性能补偿；计算得到初始相位噪声补偿电压值；利用外部的扰动参数：振动相关扰动d_V、温度扰动d_T，内部的扰动参数：传感器安装位置p_s、晶片安装位置p_c、晶片老化d_e，调整补偿参数，得到修正后的相位噪声补充补偿电压值。采用本发明的技术方案，在相位噪声补偿方法中，加入了外部扰动参数和内部扰动参数进行补偿，能够使晶振模块在复杂环境下能够对不确定性的振动环境进行识别，进行高鲁棒性的在线补偿，保持晶振模块稳准纯的信号输出，可以更好的应对不确定因素。

Description

晶振模块高鲁棒性主动降噪方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，应用于对晶振外界扰动环境下频率漂移干预、相位噪声不确定性估计以及相噪鲁棒性降噪。

背景技术

航空电子系统中频率源模块是不可或缺的组成部分，晶振模块为频率源模块提供源信号。晶振模块振动条件下电性能指标将发生一定程度的恶化，这将影响雷达、电子战等电子系统的功能和装备的作战效能。在实际设计以及使用中，通常会采取一些措施来降低外界扰动对晶振模块的影响。

从晶振模块工作的基本原理出发，研究宽带、窄带振动环境下对其工作产生的影响机理，在此基础上通过实验数据最终给出可量化的实际振动条件下相噪恶化的计算公式，不仅可以为后续的减振设计提供可量化的设计输入参考，而且对晶振合理选用、频综电路设计提供更加可靠的依据。目前行业内晶振模块降噪方法主要分为：机械减振法、电路补偿法等。纵观各种类型的降噪措施，机械减振主要针对振动引起的相噪恶化，而电路补偿法则主要针对温度变化带来的相噪恶化。因而，对晶振模块减振降噪相关理论技术进行深入系统的研究，为下一代高稳定性、高环境适应性频率源系统的研制提供有力的技术支撑，将会极大的提高频率源的工作性能和电子设备的作战效能，具有重要的社会和军事价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了晶振模块高鲁棒性主动降噪方法。

本发明采用的技术方案如下：晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，包括：

步骤S1，测量静止环境下晶振相位噪声为L₀；

步骤S2，测试三轴振动方向下晶振的相位噪声，计算得到相位噪声L_x、L_y、L_z，通过计算公式反推得出加速度敏感度计算方法：Γ_x＝f(L_x)，Γ_y＝f(L_y)，Γ_z＝f(L_z)，得加速度敏感性矢量

步骤S3，利用压控模块对晶振模块的电性能补偿；

步骤S4，根据计算得到初始相位噪声补偿电压值，其中是加速度矢量；

步骤S5，利用外部的扰动参数：振动相关扰动d_V、温度扰动d_T，内部的扰动参数：传感器安装位置p_s、晶片安装位置p_c、晶片老化d_e，调整补偿参数，得到修正后的相位噪声补充补偿电压值。

进一步的，所述步骤S2中，振动环境的设置方式为：用夹装工具在晶振模型的X、Y、Z轴分别加装加速传感器，然后将晶振模型安装在振动台上。

进一步的，所述步骤S2中还包括以下过程：在振动台上加装加速传感器，在传感器设计范围内输入不同频率不同方向的振动，对比晶振模块加装的加速传感器和振动台的加速度传感器数据，对晶振模块上的加速传感器进行同轴度进行校正。

进一步的，修正方法包括以下过程：

步骤S61，设

通过构建多项式的方式得到响应电压变化值：

其中，γ，均为拟合参数；

步骤S62，依据不同量级的不确定性来模拟外部和内部的扰动参数，同时测得各种扰动参数值下的相位噪声值，并反推频率变化值Δf，假设压控灵敏度为k,通过ΔV＝Δf/k计算响应电压变化值；并以数组形式存储以上响应电压变化值数据；

步骤S63，重复步骤S62，得到一定规模的响应电压变化值数据，对多项式进行拟合得拟合参数值；

步骤S64，根据晶振设计者以及系统应用方案给出的不确定性参数的最大最小值，可计算某使用工况下的ΔV值；

步骤S65，根据V'＝V₀+ΔV计算实际相位噪声补充补偿值。

进一步的，所述晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，还包括相位噪声恶化情况计算：

测得振动环境下相位噪声L_t，计算包括相位噪声恶化数值以及频率漂移值在内的电性能指标；

相位噪声恶化值计算：ΔL＝L_t-L₀，其中L_t是当前的相位噪声；

频率漂移值计算公式如下：其中f_v表示振动频率、f₀表示载波频率。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：采用本发明的技术方案，在相位噪声补偿方法中，加入了外部扰动参数和内部扰动参数进行补偿，能够使晶振模块在复杂环境下能够对不确定性的振动环境进行识别，进行高鲁棒性的在线补偿，保持晶振模块稳准纯的信号输出，可以更好的应对不确定因素；其次，该设计方法需要占用的体积更小，重量更轻；再者，在后期使用过程中，晶振发生老化等问题时，由于考虑了晶振老化的因素，使该方法调节电性能补偿参数相对简单。

附图说明

图1本发明晶振模块高鲁棒性主动降噪方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，晶振模块高鲁棒性主动降噪方法：

(1)测量静止环境下晶振相位噪声为L₀；

(2)测试三轴振动方向下晶振的相位噪声，振动输入条件包括频率、振动量级等，计算得到相位噪声L_x、L_y、L_z，通过计算公式反推得出加速度敏感度计算方法：Γ_x＝f(L_x)，Γ_y＝f(L_y)，Γ_z＝f(L_z)，得加速度敏感性矢量

(3)利用压控模块对晶振模块的电性能补偿；具体指：结合系统设计目标，指定响应的补偿策略，设计合适的补偿电路并且要设计合理的实验对其进行验证；该过程为现有技术，因此步骤赘述；

(4)根据计算得到初始相位噪声补偿电压值，其中是加速度矢量；

(5)利用外部的扰动参数：振动相关扰动d_V、温度扰动d_T，内部的扰动参数：传感器安装位置p_s、晶片安装位置p_c、晶片老化d_e，调整补偿参数，得到修正后的相位噪声补充补偿电压值。

上述方案，在不同的振动条件下，输出的电性能指标的恶化程度，根据理论计算公式，可得等效于此同等量级变化所对应的初始补偿参数值。同时考虑到外界扰动和内部设计参数带来的不确定性因素，对补偿方案进行稳健设计乃至优化计算。最终在考虑各种不确定性的前提下得出一个鲁棒性主动降噪方案。

优选地，振动环境的设置方式为：用夹装工具在晶振模型的X、Y、Z轴分别加装加速传感器，X、Y、Z轴与晶振设计指南保持一致，然后将晶振模型安装在高精度振动台上。

优选地，加速传感器的同轴度校正；除了在X、Y、Z轴分别加装加速传感器，同时在振动台上加装加速传感器，在传感器设计范围内输入不同频率不同方向的振动，对比晶振模块加装的加速传感器和振动台的加速度传感器数据，对晶振模块上的加速传感器进行同轴度进行校正。

优选地，修正方法包括以下过程：

(a)设

通过构建多项式的方式得到响应电压变化值：

其中，γ，均为拟合参数；

(b)依据不同量级的不确定性来模拟外部和内部的扰动参数，同时测得各种扰动参数值下的相位噪声值，并反推频率变化值Δf，假设压控灵敏度为k,通过ΔV＝Δf/k计算响应电压变化值；并以数组形式存储以上响应电压变化值数据；

(c)重复步骤(b)，得到一定规模的响应电压变化值数据，对多项式进行拟合得拟合参数值；

(d)根据晶振设计者以及系统应用方案给出的不确定性参数的最大最小值，可计算某使用工况下的ΔV值；

(5)根据V'＝V₀+ΔV计算实际相位噪声补充补偿值。

在上述的修正方法中，利用多次实验验证的过程补偿了参数的可靠性，德大最终的相位噪声补充补偿值。

优选地，所述晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，还包括相位噪声恶化情况计算方法：

测得振动环境下相位噪声L_t，计算包括相位噪声恶化数值以及频率漂移值在内的电性能指标；相位噪声恶化值计算：ΔL＝L_t-L₀，其中L_t是当前的相位噪声；频率漂移值计算公式如下：其中f_v表示振动频率、f₀表示载波频率。在不同的振动条件下，输出的电性能指标的恶化程度，根据理论计算公式，可得等效于此同等量级变化所对应的补偿参数值。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，其特征在于，包括：

步骤S1，测量静止环境下晶振相位噪声为L₀；

步骤S2，测试三轴振动方向下晶振的相位噪声，计算得到相位噪声L_x、L_y、L_z，通过计算公式反推得出加速度敏感度计算方法：Γ_x＝f(L_x)，Γ_y＝f(L_y)，Γ_z＝f(L_z)，得加速度敏感性矢量

步骤S3，利用压控模块对晶振模块的电性能补偿；

步骤S4，根据计算得到初始相位噪声补偿电压值，其中是加速度矢量；

步骤S5，利用外部的扰动参数：振动相关扰动d_V、温度扰动d_T，内部的扰动参数：传感器安装位置p_s、晶片安装位置p_c、晶片老化d_e，调整补偿参数，得到修正后的相位噪声补充补偿电压值。

2.如权利要求1所述的晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，其特征在于，所述步骤S2中，振动环境的设置方式为：用夹装工具在晶振模型的X、Y、Z轴分别加装加速传感器，然后将晶振模型安装在振动台上。

3.如权利要求2所述的晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下过程：在振动台上加装加速传感器，在传感器设计范围内输入不同频率不同方向的振动，对比晶振模块加装的加速传感器和振动台的加速度传感器数据，对晶振模块上的加速传感器进行同轴度进行校正。

4.如权利要求1所述的晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，其特征在于，修正方法包括以下过程：

步骤S61，设

通过构建多项式的方式得到响应电压变化值：

其中，γ，均为拟合参数；

步骤S62，依据不同量级的不确定性来模拟外部和内部的扰动参数，同时测得各种扰动参数值下的相位噪声值，并反推频率变化值Δf，假设压控灵敏度为k,通过ΔV＝Δf/k计算响应电压变化值；并以数组形式存储以上响应电压变化值数据；

步骤S63，重复步骤S62，得到一定规模的响应电压变化值数据，对多项式进行拟合得拟合参数值；

步骤S64，根据晶振设计者以及系统应用方案给出的不确定性参数的最大最小值，可计算某使用工况下的ΔV值；

步骤S65，根据V'＝V₀+ΔV计算实际相位噪声补充补偿值。

5.如权利要求1所述的晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，其特征在于，所述晶振模块高鲁棒性主动降噪方法，还包括相位噪声恶化情况计算：

测得振动环境下相位噪声L_t，计算包括相位噪声恶化数值以及频率漂移值在内的电性能指标；

相位噪声恶化值计算：ΔL＝L_t-L₀，其中L_t是当前的相位噪声；

频率漂移值计算公式如下：其中f_v表示振动频率、f₀表示载波频率。