CN110750124A - 一种可调控模拟温度电压补偿方法 - Google Patents

一种可调控模拟温度电压补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110750124A
CN110750124A CN201910903277.8A CN201910903277A CN110750124A CN 110750124 A CN110750124 A CN 110750124A CN 201910903277 A CN201910903277 A CN 201910903277A CN 110750124 A CN110750124 A CN 110750124A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compensation
temperature
voltage
analog
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910903277.8A
Other languages
English (en)
Inventor
唐立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Hengjing Technology Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Hengjing Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Hengjing Technology Co Ltd filed Critical Chengdu Hengjing Technology Co Ltd
Priority to CN201910903277.8A priority Critical patent/CN110750124A/zh
Publication of CN110750124A publication Critical patent/CN110750124A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

Abstract

本发明公开了温度补偿领域的一种可调控模拟温度电压补偿方法，模拟温度电压函数发生基础单元采用多段模拟温度补偿电路进行补偿拟合，结合水平偏置电平调整及放大电路单元，避免数字补偿的跳动，并可以实现高、低温段频率/温度大幅变化的补偿。此外，通过多路调控电压及有源放大的方式实现通过软件对补偿曲线灵活可调，避免纯模拟补偿一致性不好批量生产良品率低的问题。

Description

一种可调控模拟温度电压补偿方法
技术领域
本发明涉及温度补偿领域，具体涉及一种可调控模拟温度电压补偿方法。
背景技术
由于5G通讯及卫星导航、高精度仪器设备的技术发展，对时钟源的温度稳定性提出了更高要求，从而对在这些领域广泛应用的TCXO(温补晶振)温度补偿性能有更高指标要求。
目前TCXO的温度补偿技术通常利用谐振器温度频率曲线特性，搭建类似温度电压函数曲线补偿网络，通过变化电压让变容二极管对谐振器的负载电容C0进行补偿，从而实现TCXO在温度变化下的稳定频率输出。通常补偿网络采用的模拟电路，补偿精度较差，而数字IC补偿抖动较大，且电路规模较大。参见图1与图2，图1为温度补偿网络在TCXO产品中的位置，图2为各种切角石英晶体输出频率与温度变化关系。
因此TCXO的主要温度频率补偿方案为：采用温度电压特性单元，产生温度电压曲线对通过变容二极管容值调整，补偿TCXO因为温度变化而导致晶体频率变化影响。一般有直接采用温敏电阻进行简单补偿，或者采用MOS管函数发生器进行多点拟合补偿。前者参见图3，图3为模拟温度补偿方式及效果，结构简单，但在电路调教上工作量大，且受限于材料物理特性，不同晶体需要更换器件调整适配，高精度补偿困难，补偿效果不佳。后者参见图4，图4为IC电压发生器温度补偿方式及效果，因为电路规模较大，需要开发集成IC芯片，需要达到较大生产规模才能降低开发成本，并且由于数字电路抖动等因素，影响TCXO产品短稳及相噪性能。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术中的问题，本发明提出一种可调控模拟温度电压补偿方法，模拟温度电压函数发生基础单元采用多段模拟温度补偿电路进行补偿拟合，结合水平偏置电平调整及放大电路单元，避免数字补偿的跳动，并可以实现高、低温段频率/温度大幅变化的补偿。此外，通过多路调控电压及有源放大的方式实现通过软件对补偿曲线灵活可调，避免纯模拟补偿一致性不好批量生产良品率低的问题。
技术方案
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种可调控模拟温度电压补偿方法，包括针对温度补偿晶体器件设置可调模拟温度电压补偿网络，所述温度电压补偿网络包括：
模拟温度电压函数发生基础单元，由不同温度的模拟温度电压补偿电路构成；
水平偏置电平调整及放大电路单元，与模拟温度电压函数发生基础单元对应连接；
补偿曲线调整单元，通过调整电压产生器产生多路电压；
多路电压分别输出电压至不同温度的模拟温度电压补偿电路，通过水平偏置电平调整及放大电路单元调整不同温度下对应的补偿电压值，实现电压补偿曲线与TCXO真实温度电压曲线高度趋近。
进一步地，所述水平偏置补偿放大单元通过公式计算输出补偿电压曲线，所述公式包括：
Figure BDA0002212499440000021
得Vout＝A*(VO1+VO3-VO2-VO0)；
其中，T为温度值，r0为温敏电阻T为298K时电阻值，T0为298K；B为温敏电阻温度系数；B1为不同档温敏电阻常数；Vt为调整电压，Rntc为单段补偿温敏电阻，R为单段补偿对应分压电阻，Vo为单段输出补偿电压；VO1、VO2、VO3分别对应不同温度段补偿输出电压；VO0为调整电压，A为放大倍数。
进一步地，所述模拟温度电压补偿电路包括低温补偿单元，常温补偿单元、高温补偿单元及水平补偿单元。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提出一种可调控模拟温度电压补偿方法，模拟温度电压函数发生基础单元采用多段模拟温度补偿电路进行补偿拟合，结合水平偏置电平调整及放大电路单元，避免数字补偿的跳动，并可以实现高、低温段频率/温度大幅变化的补偿。此外，通过多路调控电压及有源放大的方式实现通过软件对补偿曲线灵活可调，避免纯模拟补偿一致性不好批量生产良品率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术温度补偿网络在TCXO产品中的位置示意图。
图2为现有技术中各种切角石英晶体输出频率与温度变化关系图。
图3为现有技术中TCXO的模拟温度补偿方式及效果图。
图4为现有技术中IC电压发生器温度补偿方式及效果图。
图5为本发明的整体构造图。
图6为本发明不同温度的模拟温度电压补偿电路图。
图7为本发明水平偏置电平调整及放大单元电路图。
图8为本发明调整电压发生器电路图。
图9为本发明高温补偿电压曲线图。
图10为本发明常温补偿电压曲线图。
图11为本发明低温补偿电压曲线图。
图12为本发明水平偏置电平调整及放大单元输出的补偿电压曲线图。
图13为本发明补偿前TCXO输出频率稳定度曲线图。
图14为本发明补偿后TCXO输出频率稳定度曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1，结合图5-8，一种可调控模拟温度电压补偿方法，包括针对温度补偿晶体器件设置可调模拟温度电压补偿网络，所述温度电压补偿网络包括：
模拟温度电压函数发生基础单元，由不同温度的模拟温度电压补偿电路构成；
水平偏置电平调整及放大单元，与模拟温度电压函数发生基础单元对应连接；
补偿曲线调整单元，通过调整电压产生器产生多路电压；
多路电压分别输出电压至不同温度的模拟温度电压补偿电路，通过水平偏置电平调整及放大单元调整不同温度下对应的补偿电压值，实现电压补偿曲线与TCXO真实温度电压曲线高度趋近。
所述模拟温度电压补偿电路包括低温补偿单元，常温补偿单元、高温补偿单元及水平补偿单元。
优选地，根据NTC电阻温度特性、欧姆定理、运放元件特性，所述水平偏置补偿放大单元通过公式计算输出补偿电压曲线，所述公式包括：
Figure BDA0002212499440000051
得Vout＝A*(VO1+VO3-VO2-VO0)；
其中，T为温度值，r0为温敏电阻T为298K时电阻值，T0为298K；B为温敏电阻温度系数；B1为不同档温敏电阻常数；参见图6，NTC电阻N1、N2、N3，可以根据不同r0、B、B1参数进行计算，得到以温度T为变量的阻值。
Vt为调整电压，Rntc为单段补偿温敏电阻，R为单段补偿对应分压电阻，Vo为单段输出补偿电压；结合N1、N2、N3、R4、R13、R16、各段调整电压值，可以得到VO1、VO2、VO3值。
VO1、VO2、VO3分别对应不同温度段补偿输出电压；VO0为调整电压，A为放大倍数。因为分压电阻网络及电路拓扑可以有对称性，因此可以根据具体需要补偿晶体温度特性曲线应用进行Rntc及R位置对换及各电压在公式中加减位置对换。
通过公式，就可以根据晶体温度输出特性，使用典型Rntc(一般高低温段补偿因为需要曲线变化速率快取B为4100/K左右，B1为0.045/K，r0为10K；常温段取B为2000/K左右，B1为0.045/K，r0为20K)，R高温分别对应Rntc对应r0的1/10；R低温分别对应Rntc对应r0的300倍；R常温分别对应Rntc对应r0的1/15。
利用上述公式，通过Python等软件工具编程对需要补偿晶体温度曲线进行拟合补偿计算，求取高温、常温、低温三种情况下最佳调整电压值及偏置电压对晶体补偿后，得到图9-14所示曲线图形，可见，使用本方案后，可以将±15ppm AT切晶体，补偿到±0.2ppm温度稳定度。
因此，本发明中，模拟温度电压函数发生基础单元采用多段模拟温度补偿电路进行补偿拟合，结合水平偏置电平调整及放大电路单元，避免数字补偿的跳动，并可以实现高、低温段频率/温度大幅变化的补偿。此外，通过多路调控电压及有源放大的方式实现通过软件对补偿曲线灵活可调，避免纯模拟补偿一致性不好批量生产良品率低的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种可调控模拟温度电压补偿方法，其特征在于：包括针对温度补偿晶体器件设置可调模拟温度电压补偿网络，所述温度电压补偿网络包括：
模拟温度电压函数发生基础单元，由不同温度的模拟温度电压补偿电路构成；
水平偏置电平调整及放大单元，与模拟温度电压函数发生基础单元对应连接；
补偿曲线调整单元，通过调整电压产生器产生多路电压；
多路电压分别输出电压至不同温度的模拟温度电压补偿电路，通过水平偏置电平调整及放大单元调整不同温度下对应的补偿电压值，实现电压补偿曲线与TCXO真实温度电压曲线高度趋近。
2.根据权利要求1所述的一种可调控模拟温度电压补偿方法，其特征在于：所述水平偏置补偿放大单元通过公式计算输出补偿电压曲线，所述公式包括：
Figure FDA0002212499430000011
得Vout＝A*(VO1+VO3-VO2-VO0)；
其中，T为温度值，r0为温敏电阻T为298K时电阻值，T0为298K；B为温敏电阻温度系数；B1为不同档温敏电阻常数；Vt为调整电压，Rntc为单段补偿温敏电阻，R为单段补偿对应分压电阻，Vo为单段输出补偿电压；VO1、VO2、VO3分别对应不同温度段补偿输出电压；VO0为调整电压，A为放大倍数。
3.根据权利要求1所述的一种可调控模拟温度电压补偿方法，其特征在于：所述模拟温度电压补偿电路包括低温补偿单元，常温补偿单元、高温补偿单元及水平补偿单元。
CN201910903277.8A 2019-09-24 2019-09-24 一种可调控模拟温度电压补偿方法 Pending CN110750124A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910903277.8A CN110750124A (zh) 2019-09-24 2019-09-24 一种可调控模拟温度电压补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910903277.8A CN110750124A (zh) 2019-09-24 2019-09-24 一种可调控模拟温度电压补偿方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110750124A true CN110750124A (zh) 2020-02-04

Family

ID=69276920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910903277.8A Pending CN110750124A (zh) 2019-09-24 2019-09-24 一种可调控模拟温度电压补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110750124A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0913945A2 (en) * 1997-10-31 1999-05-06 CTS Corporation Temperature compensating circuit for a crystal oscillator
CN101083449A (zh) * 2006-06-01 2007-12-05 松下电器产业株式会社 函数产生电路
JP2012119781A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Mitsumi Electric Co Ltd 関数発生回路
CN103716042A (zh) * 2013-12-26 2014-04-09 北京无线电计量测试研究所 一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法
CN104079266A (zh) * 2013-03-26 2014-10-01 北京同方微电子有限公司 一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路
CN104702214A (zh) * 2014-12-30 2015-06-10 广东大普通信技术有限公司 一种晶体振荡器频率补偿的方法
JP5836115B2 (ja) * 2011-12-28 2015-12-24 京セラクリスタルデバイス株式会社 圧電デバイスおよび周波数調整方法
CN106059497A (zh) * 2016-06-21 2016-10-26 南开大学 温度补偿晶体振荡器的设计与其补偿电压产生及修调方法
CN106160733A (zh) * 2016-08-15 2016-11-23 南开大学 n阶电压产生电路与温度补偿晶体振荡器电路

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0913945A2 (en) * 1997-10-31 1999-05-06 CTS Corporation Temperature compensating circuit for a crystal oscillator
CN101083449A (zh) * 2006-06-01 2007-12-05 松下电器产业株式会社 函数产生电路
JP2012119781A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Mitsumi Electric Co Ltd 関数発生回路
JP5836115B2 (ja) * 2011-12-28 2015-12-24 京セラクリスタルデバイス株式会社 圧電デバイスおよび周波数調整方法
CN104079266A (zh) * 2013-03-26 2014-10-01 北京同方微电子有限公司 一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路
CN103716042A (zh) * 2013-12-26 2014-04-09 北京无线电计量测试研究所 一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法
CN104702214A (zh) * 2014-12-30 2015-06-10 广东大普通信技术有限公司 一种晶体振荡器频率补偿的方法
CN106059497A (zh) * 2016-06-21 2016-10-26 南开大学 温度补偿晶体振荡器的设计与其补偿电压产生及修调方法
CN106160733A (zh) * 2016-08-15 2016-11-23 南开大学 n阶电压产生电路与温度补偿晶体振荡器电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101250123B1 (ko) 적응형 디지털 위상 고정 루프
JP3160299B2 (ja) 関数発生回路、水晶発振装置及び水晶発振装置の調整方法
US6294962B1 (en) Circuit(s), architecture and method(s) for operating and/or tuning a ring oscillator
JP4895690B2 (ja) 関数生成回路
US8237482B2 (en) Circuit and method for generating a clock signal
US6717478B1 (en) Multi-phase voltage controlled oscillator (VCO) with common mode control
CN101242164A (zh) 调整滤波器的方法与装置
TW201110559A (en) Frequency synthesis system with self-calibrated loop stability and bandwidth
US20090219129A1 (en) Arrangement and method for temperature compensation for resistance
JP2015528664A (ja) 高度に安定なｌｃ発振器におけるｌｃタンク温度ヌルを制御する方法及び装置
TW201517505A (zh) 製程、電壓及溫度補償振盪器
CN110750124A (zh) 一种可调控模拟温度电压补偿方法
JP6377192B2 (ja) 温度補償型水晶発振器
CN114185388A (zh) 温度特性可调电流模块、振荡器及电路
RU150424U1 (ru) Термокомпенсированный кварцевый генератор для синхронизации систем радиосвязи
CN201674462U (zh) 带温度补偿系统的恒温晶体振荡器
JP5977197B2 (ja) 温度制御回路、恒温槽型圧電発振器、および温度制御方法
RU2665753C2 (ru) Устройство измерения давления газа
CN107526288A (zh) 一种基于gps的时差修正装置及方法
CN110266271B (zh) 一种低温度系数的单端口rc振荡器电路
CN217388651U (zh) 一种晶体振荡器
JPH11261336A (ja) 温度補償型圧電発振器
Zhang et al. A Differential on Chip Oscillator with 1.47-μs Startup Time and 3.3-ppm/° C Temperature Coefficient of Frequency
JPH10270941A (ja) 温度補償圧電発振器
CN106452430A (zh) 宽电压域实时时钟电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200204