CN110472295B - 一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，包括晶振振动数据采集、频率抖动敏度计算、晶振压控时延仿真计算、晶振滤波扰动仿真计算和依据设计目标定制压控模块调节方案；数据采集：将所采集到的环境、电气性能信息进行存储，反推频率抖动值，计算频率抖动敏度数据；晶振压控时延仿真计算：根据滤波电路，建立电路级的仿真模型，计算单位电压下的压控延时值；晶振滤波扰动仿真计算：根据设计的滤波电路，模拟外界电源干扰给晶振模块带来的扰动值；定制压控模块调节方案：结合系统频率源工作特性要求，输入条件和输出的电性能构建滤波电路模型。本发明可以实现快速压控设计的半实物仿真；兼顾了环境干扰对晶振频率稳定性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法。
背景技术
近年来机载弹载电子设备的飞度发展，各种高速飞行器对其使用的电子设备在振动环境中的频率稳定度提出了日益苛刻的要求，这对晶振频稳系统的相关设计提出了前所未有的挑战。晶体振荡器的频率稳定性由石英谐振器和振荡电路决定，晶体振荡器在振动环境下的频率漂移同时受到晶体本身的加速度灵敏度、晶体振荡器的中心频率、振动环境的频率和强度的影响。晶振随着振动环境的改变所表现出来的频率抖动量值直接影响整个电子系统的功能实现。因此，研究晶振模块压控端电压快速调节，已经成为了当前的一个迫切需求。
压控晶振中常使用石英谐振器，通过在振荡回路中引入一个可调元件，来实现振荡频率随压控电压调节的功能。目前主要的压控方法主要是变容二极管压控法，行业内采用的可调元件通常为变容二极管，变容管是一种电容可以随着外加电压而改变电容值的元件，通过改变加在变容管上的电压，使得石英谐振器的负载电容发生变化，从而谐振回路的谐振频率随之变化，达到压控的目的。事实上，考虑到外界环境扰动(工作电源扰动和环境电磁扰动)频率抖动很大，需要在晶振内部进行滤波电路设计，而复杂的滤波电路已经直接影响到压控调节的准确性及收敛时间，目前的滤波电路的处理方法往往是出于静态指标的考虑，具有一定的局限性。另一方面，压控模块的设计一般也是和滤波设计隔离开的，并没有考虑到静态滤波效果。综上所述，目前的晶振模块压控端电压调节方法不能对静态滤波效果和动态压控调节进行兼顾，不足以满足目前晶振日益苛刻的工作要求和为相应的降噪设计提供准确的调节手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，能够兼顾晶振静态环境滤波和动态压控调节，在提高晶振压控特性的前提下是保证谐振回路的一定的品质因数。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，包括晶振振动数据采集、频率抖动敏度计算、晶振压控时延仿真计算、晶振滤波扰动仿真计算和依据设计目标定制压控模块调节方案；
其中，晶振频率抖动敏度数据采集：通过传感器将振动环境数据、晶振电气性能指标输出数据记录下来，并将所采集到的环境、电气性能信息进行存储，之后通过相位噪声数据反推频率抖动值，计算公式如下：
(f0表示载频，
加速度敏感度矢量，
表示加速度峰值矢量，fv表示振动频率，t表示时间)继而计算频率抖动敏度数据ΔSx＝Δfx/ax，ΔSy＝Δfy/ay，ΔSz＝Δfz/az；
晶振压控时延仿真计算：根据设计的滤波电路，依据实际滤波电路的具体布局以及参数，建立电路级的仿真模型，将由压控端施加电压带来的频率变化差值通过ADS建模进行仿真计算，进而计算单位电压下的压控延时值Ts；
晶振滤波扰动仿真计算：根据设计的滤波电路，在上部分的仿真模型里模拟外界电源干扰给晶振模块带来的扰动值；
依据设计目标定制压控模块调节方案：结合系统频率源工作特性要求，制定设计目标，梳理出有效的输入条件以及输出的电性能，输出的电性能包括抖动敏度和压控延时值，并以输入条件和输出的电性能构建滤波电路模型。
作为优选方式，构建滤波电路模型后，选择合适的滤波电路方案，通过合理的实验设计对其进行验证，最终得出一个兼顾环境杂波过滤以及频率压控快速调节的设计方案。
作为优选方式，包括如下步骤：
第一步：输入电子系统对频率源子系统要求的设计边界：晶振工作载频fI，振动频率fv，振动量级g；
第二步：晶振模块在静态条件下工作，利用频谱仪测试频率值，同时辅以简单的原理性筛查计算，排除掉测试噪声最终得到频率静态参考值f0；
第三步：根据设计边界设置相应的振动环境输入条件，测试晶振模块的相位噪声，然后利用实验数据进行原理性筛查后，得到实际工作频率值f；
第四步：调用晶振压控时延仿真计算时延Ts和晶振滤波扰动仿真计算相位噪声
得到恶化值
表示在频偏fd处无干扰时晶振的相位噪声，将计算值以数组形式存储，同时估算响应设计方案下系统电性能指标，如果超出设计边界，应当视作违反设计约束处理；
第五步：以
最小为优化设计目标，利用SLP、SQP的敏度计算以及线性迭代求解，直至算法收敛。
本发明的有益效果是：
本发明采用半实物仿真的方法设计了一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，可以实现晶振压控模块电路的快速调节，相比于常规的压控端电压调节系统，本发明的优势在于：
1、可以实现快速压控设计的半实物仿真；
2、该设计方法兼顾了环境干扰对晶振频率稳定性的影响。
附图说明
图1为晶振压控模块设计流程示意图；
图2为电路模拟仿真示意图之一；
图3为电路模拟仿真示意图之二；
图4为晶振设计流程收敛示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，包括晶振振动数据采集、频率抖动敏度计算、晶振压控时延仿真计算、晶振滤波扰动仿真计算和依据设计目标定制压控模块调节方案；
其中，晶振频率抖动敏度数据采集：通过传感器将振动环境数据、晶振电气性能指标输出数据记录下来，并将所采集到的环境、电气性能信息进行存储，之后通过相位噪声数据反推频率抖动值，计算公式如下：
(f0表示载频，
加速度敏感度矢量，
表示加速度峰值矢量，fv表示振动频率，t表示时间)继而计算频率抖动敏度数据ΔSx＝Δfx/ax，ΔSy＝Δfy/ay，ΔSz＝Δfz/az；
晶振压控时延仿真计算：根据设计的滤波电路，(建模原则)依据实际滤波电路的具体布局以及参数，建立电路级的仿真模型，将由压控端施加电压带来的频率变化差值通过ADS建模进行仿真计算，进而计算单位电压下的压控延时值Ts；
晶振滤波扰动仿真计算：根据设计的滤波电路，在上部分的仿真模型里模拟外界电源干扰给晶振模块带来的扰动值；
依据设计目标定制压控模块调节方案：结合系统频率源工作特性要求，制定设计目标，梳理出有效的输入条件以及输出的电性能，输出的电性能包括抖动敏度和压控延时值，并以输入条件和输出的电性能构建滤波电路模型，同时进行合理的理论及仿真设计，保证对实验数据进行有效的采样。
在一个优选实施例中，构建滤波电路模型后，选择合适的滤波电路方案，通过合理的实验设计对其进行验证，最终得出一个兼顾环境杂波过滤以及频率压控快速调节的设计方案。
在一个优选实施例中，如图1所示，包括如下步骤：
第一步：输入电子系统对频率源子系统要求的设计边界：晶振工作载频fI，振动频率fv，振动量级g；
第二步：晶振模块在静态条件下工作，利用频谱仪测试频率值，同时辅以简单的原理性筛查计算，排除掉测试噪声最终得到频率静态参考值f0；
第三步：根据设计边界设置相应的振动环境输入条件，测试晶振模块的相位噪声，然后利用实验数据进行原理性筛查后，得到实际工作频率值f；
第四步：调用晶振压控时延仿真计算时延Ts和晶振滤波扰动仿真计算相位噪声
得到恶化值
表示在频偏fd处无干扰时晶振的相位噪声，将计算值以数组形式存储，同时估算响应设计方案下系统电性能指标，如果超出设计边界，应当视作违反设计约束处理；电路模拟仿真示意图如图2和图3所示。
第五步：以
最小为优化设计目标(α、β表示权系数靠具体设计目标选取，取决于设计者在晶振干扰恶化与压控响应速度之间进行权衡)，利用SLP、SQP的敏度计算以及线性迭代求解，直至算法收敛，晶振设计流程收敛如图4，以此得到最终的晶振模块压控端电压快速调节设计方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，其特征在于：包括晶振振动数据采集、频率抖动敏度计算、晶振压控时延仿真计算、晶振滤波扰动仿真计算和依据设计目标定制压控模块调节方案；
其中，晶振频率抖动敏度数据采集：通过传感器将振动环境数据、晶振电气性能指标输出数据记录下来，并将所采集到的环境、电气性能信息进行存储，之后通过相位噪声数据反推频率抖动值，计算公式如下：
继而计算频率抖动敏度数据ΔSx＝Δfx/ax，ΔSy＝Δfy/ay，ΔSz＝Δfz/az；
晶振压控时延仿真计算：根据设计的滤波电路，依据实际滤波电路的具体布局以及参数，建立电路级的仿真模型，将由压控端施加电压带来的频率变化差值通过ADS建模进行仿真计算，进而计算单位电压下的压控延时值Ts；
晶振滤波扰动仿真计算：根据设计的滤波电路，在上部分的仿真模型里模拟外界电源干扰给晶振模块带来的扰动值；
依据设计目标定制压控模块调节方案：结合系统频率源工作特性要求，制定设计目标，梳理出有效的输入条件以及输出的电性能，输出的电性能包括抖动敏度和压控延时值，并以输入条件和输出的电性能构建滤波电路模型。
2.根据权利要求1所述的一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，其特征在于，构建滤波电路模型后，选择合适的滤波电路方案，通过合理的实验设计对其进行验证，最终得出一个兼顾环境杂波过滤以及频率压控快速调节的设计方案。
3.根据权利要求1所述的一种得到晶振模块压控端电压快速调节方案的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：输入电子系统对频率源子系统要求的设计边界：晶振工作载频fI，振动频率fv，振动量级g；
第二步：晶振模块在静态条件下工作，利用频谱仪测试频率值，同时辅以简单的原理性筛查计算，排除掉测试噪声最终得到频率静态参考值f0；
第三步：根据设计边界设置相应的振动环境输入条件，测试晶振模块的相位噪声，然后利用实验数据进行原理性筛查后，得到实际工作频率值f；
第四步：调用晶振压控时延仿真计算时延Ts和晶振滤波扰动仿真计算相位噪声
得到恶化值
表示在频偏fd处无干扰时晶振的相位噪声，将计算值以数组形式存储，同时估算响应设计方案下系统电性能指标，如果超出设计边界，应当视作违反设计约束处理；
第五步：以
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