CN110958014B - 一种低相位噪声抗振型晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低相位噪声抗振型晶体振荡器，采用基于模拟电路的闭环反馈补偿构架，其功分器将压控晶体振荡器的输出信号分为两路，其中一路输入相位～电压转换电路，根据压控晶体振荡器输出信号的相位转换为对应的电压信号，再经过电压比对电路与参考电压作差，产生补偿电压差信号，再经过加法电路与压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压滤波器对压控电压V_c滤波后，并加载到压控晶体振荡器的压控端进行补偿，实现对输出信号相位的补偿。与现有有源补偿的抗振型晶体振荡器相比，直接将与振动实时相关的相位，转换为与之成一一对应映射关系的补偿电压进行补偿，该方法能够克服现有抗振型晶体振荡器中由于使用加速度感器引起的迟滞问题。

Description

一种低相位噪声抗振型晶体振荡器

技术领域

本发明属于晶体振荡器技术领域，更为具体地讲，涉及一种低相位噪声抗振型晶体振荡器。

背景技术

抗振晶体振荡器(Anti-vibration crystal Oscillator，以下简称AVXO)是一种能在特定振动环境工作并通过一定方式保持晶体振荡器的输出相位在一定的精度范围内的晶体振荡器。它具有低相噪，高稳定性等特点，广泛应用于各种通信、导航、雷达、卫星定位系统、移动通信以及各类电子测量仪器仪表中。

抗振晶体振荡器本质上是带有振动补偿网络并由其产生与振动有关的补偿电压的压控晶体振荡器(Voltage Controlled crystal Oscillator，以下简称VCXO)。由于晶体振荡器是对振动极为敏感的器件，其相位噪声指标在动态条件下通常会严重恶化，从而严重影响整机系统的关键性能。随机振动加速度引起的晶体振荡器单边带相位噪声表示如下：

式中，A_p是振动最大幅度，A是振动实时幅度，Q_L为振荡器振荡回路的有载品质因数，是晶振因加速度产生的相位变化，f₀是中心频率，f_v是振动频率。

对于常用的压控振荡器的线性相位增益特性可以近似表述如下：

其中，是压控晶体振荡器的压控～相位灵敏度，V_C是压控晶体振荡器的控制电压，/>是压控晶体振荡器的压控端的压控中心电压，/>是输入压控中心电压为/>时的相位。

为了实现方程式(2)，需要产生一个补偿电压加在压控晶体振荡器上进行补偿以抵消由振动产生的相位漂移，从而使得振荡器在振动下输出相位稳定，达到补偿的目的。

目前，实现抗振晶体振荡器的有源补偿方法是基于加速度传感器的有源补偿网络的抗振晶体振荡器。图1是基于加速度传感器的有源补偿网络的抗振晶体振荡器原理框图。如图1所示，该抗振晶体振荡器是一种开环补偿方式，利在加速度传感器及调理电路101中，用加速度传感器测量晶体振荡器受到振动的实时振动加速度，然后通过调理电路得到加速度微处理器102根据加速度/>计算出补偿电压值，再通过补偿网络产生一个补偿电压并将该补偿电压/>施加到压控晶体振荡器104上，以抵消振动引起的晶体振荡器的相位变化即相位噪声。

显然，现有的基于加速度传感器的有源补偿网络的抗振晶体振荡器是采用开环式补偿构架，要用到加速度传感器，该加速度传感器在电路上尽可能的靠近晶体谐振器，而晶体谐振器的谐振器是被单独封装在密闭空间内，这就不可避免地产生了迟滞，对抗振晶体振荡器的补偿精度有明显影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低相位噪声抗振型晶体振荡器，以避免传感器感知的加速度与谐振器的实时加速度不一致而带来的误差问题，降低相位噪声。

为实现上述发明目的，本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器，包括：

压控晶体振荡器，用于产生所需要的信号(输出信号)；

其特征在于，还包括：

功分器，用于将压控晶体振荡器(VCXO)的输出信号分为两路，一路作为低相位噪声抗振型晶体振荡器的输出信号，一路输出至相位～电压转换电路；

相位～电压转换电路，将动态条件下压控晶体振荡器输出信号的相位转换为电压信号并输出至电压比对电路；

电压比对电路，用于将电压信号与静态条件下压控晶体振荡器输出信号的相位转换的电压/>作差，得到补偿电压信号/>并输出至加法电路；

其中是压控晶体振荡器在没有振动的静态条件下，调节压控电压为/>时，压控晶体振荡器向相位～电压转换电路输入信号的相位转换得到的电压信号，以此信号作为电压比对电路的参考电压；

加法电路，用于将补偿电压信号与压控晶体振荡器的压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压/>

滤波器，用于对压控电压V_c进行滤波，然后加载到压控晶体振荡器，实现对输出信号相位的补偿。

本发明的目的是这样实现的：

本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器，采用基于模拟电路的闭环反馈补偿构架，其功分器将压控晶体振荡器的输出信号分为两路，其中一路输入相位-电压转换电路，相位～电压转换模块为模拟电路，根据压控晶体振荡器输出信号的相位转换为对应的电压信号，再经过电压比对电路与参考电压作差，产生补偿电压差信号，再经过加法电路与压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压滤波器对压控电压V_c滤波后，并加载到压控晶体振荡器的压控端进行补偿，实现对输出信号相位的补偿。

本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器与现有有源补偿的抗振型晶体振荡器相比，具有以下技术优点：

1)、本发明不需要加速度传感器，而是直接将与振动实时相关的相位，转换为与之成一一对应映射关系的补偿电压进行补偿，该方法能够克服现有抗振型晶体振荡器中由于使用加速度感器引起的迟滞问题；

2)、本发明采用了闭环补偿构架，将输入信号通过相位-电压转换与补偿电压建立联系，更容易实现实时高精度补偿；

3)、本发明补偿过程简单，将需要压控晶体振荡器输出信号的相位转换为电压，通过与参考电压比较得到补偿电压。本发明结构也较为简单，易于集成和批量生产；

4)、本发明可以良好适用于各种频率的压控晶体振荡器，尤其是对于采用现有技术补偿效果较差的高频晶体振荡器更为明显。

附图说明

图1是现有有源补偿抗振晶体振荡器原理框图；

图2是本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器一种具体实施方式原理框图；

图3是图2所示的相位-电压转换电路一种具体实施方式电路原理图；

图4是图2所示的加法电路一种具体实施方式电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图2是本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图2所示，本发明低相位噪声抗振型晶体振荡器，包括压控晶体振荡器1、功分器2、相位-电压转换电路3、电压比对电路4、加法电路5以及滤波器6。

压控晶体振荡器1产生所需要的信号即输出信号，功分器2将压控晶体振荡器1(VCXO)的输出信号分为两路，一路作为低相位噪声抗振型晶体振荡器的输出信号，一路输出至相位-电压转换电路3。

相位～电压转换电路3将动态条件下压控晶体振荡器1输出信号的相位转换为电压信号并输出至电压比对电路4，其中，/>表示加速度，/>表示相位。

电压比对电路4将电压信号与静态条件下压控晶体振荡器1输出信号的相位转换的电压/>作差，得到补偿电压信号/>并输出至加法电路。其中，/>是压控晶体振荡器1在没有振动的静态条件下，调节压控电压为/>时，压控晶体振荡器向相位-电压转换电路输入信号的相位转换得到的电压信号，以此信号作为电压比对电路4的参考电压。

加法电路5将补偿电压信号与压控晶体振荡器1的压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压/>

滤波器6对压控电压V_c进行滤波，然后加载到压控晶体振荡器1，实现对输出信号相位的补偿。

具体使用时，本发明抗振晶体振荡器处于振动条件下，此时，压控振荡器VCXO在压控电压V₀下，受振动加速度影响输出相位为的信号，通过功分器将该信号分为两路，一路作为抗振晶体振荡器的输出，另一路输出至相位～电压转换电路。

相位-电压转换电路，将输入信号的相位转化电压为的信号输出至电压比对电路。

图3是图2所示的相位-电压转换电路一种具体实施方式电路原理图。

在本实施例中，如图3所示，电压比对电路将电压信号与参考电压/>作差，得到/> 即为补偿电压信号，并输出至加法电路。

图4是图2所示的加法电路一种具体实施方式电路原理图。

在本实施例中，如图4所示，补偿电压信号与压控晶体振荡器的压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压/>经过滤波器对压控电压V_c进行滤波后，加载到压控晶体振荡器，实现对输出信号相位的补偿。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种低相位噪声抗振型晶体振荡器，包括：

压控晶体振荡器，用于产生所需要的输出信号；

其特征在于，还包括：

功分器，用于将压控晶体振荡器(VCXO)的输出信号分为两路，一路作为低相位噪声抗振型晶体振荡器的输出信号，一路输出至相位～电压转换电路；

相位～电压转换电路，将动态条件下压控晶体振荡器输出信号的相位转换为电压信号并输出至电压比对电路；

电压比对电路，用于将电压信号与静态条件下压控晶体振荡器输出信号的相位转换的电压/>作差，得到补偿电压信号/>并输出至加法电路；

其中是压控晶体振荡器在没有振动的静态条件下，调节压控电压为/>时，压控晶体振荡器向相位～电压转换电路输入信号的相位转换得到的电压信号，以此信号作为电压比对电路的参考电压；

加法电路，用于将补偿电压信号与压控晶体振荡器的压控电压V₀进行相加，得到补偿后的压控电压/>

滤波器，用于对压控电压V_c进行滤波，然后加载到压控晶体振荡器，实现对输出信号相位的补偿。