CN112117989A - 一种恒温晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种恒温晶体振荡器，属于振荡器技术领域，包括设于PCB板上的振荡电路和谐振器，谐振器包括基座和管帽，基座安装在PCB板上用于连接振荡电路，管帽罩设在基座上形成真空隔热腔，真空隔热腔内自下而上依次连接设有隔热桥、陶瓷基片、簧片和石英晶片，陶瓷基片上设有加热组件，石英晶片上方还设有防辐射罩。本发明提供的一种恒温晶体振荡器，陶瓷基片、簧片和石英晶片内置于真空隔热腔内，减少加热组件热量的损失，实现低功耗；加热组件的绝大部分热量传导至石英晶片上，隔热桥也能热量损耗，能够实现石英晶片的快速启动；防辐射罩减少石英晶片的辐射传热，提高石英晶片的温度稳定度。在谐振器内部安装石英晶片进行直接加热，减少体积。
Description
技术领域
本发明属于振荡器技术领域，更具体地说，是涉及一种恒温晶体振荡器。
背景技术
恒温晶体振荡器具有很高的频率稳定度和很低的相位噪声，在通信系统应用广泛。现有的恒温晶体振荡器需要将晶体谐振器置于特定的恒温槽内，通过控制恒温槽温度保持恒定实现恒温晶体谐振器的温度恒定。由于恒温槽体积比较大，需要加热的体积也较大，因此恒温晶体振荡器的稳态功耗较大，启动时间也较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒温晶体振荡器，旨在解决现有恒温晶体振荡器体积较大，稳态功耗较大和启动时间较长的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种恒温晶体振荡器，包括设于PCB板上的振荡电路和谐振器，所述谐振器包括基座和管帽，所述基座安装在所述PCB板上用于连接所述振荡电路，所述管帽罩设在所述基座上形成真空隔热腔，所述真空隔热腔内自下而上依次连接设有隔热桥、陶瓷基片、簧片和石英晶片，所述陶瓷基片上设有加热组件，所述石英晶片上方还设有用于连接所述陶瓷基片的防辐射罩。
作为本申请另一实施例，所述加热组件包括分别设于所述陶瓷基片上的功率管管芯和温度控制电路，所述温度控制电路包括热敏电阻、控温芯片和加热管芯片，所述热敏电阻用于感应所述陶瓷基片的温度而产生阻值变化，所述控温芯片根据所述热敏电阻的阻值变化生成对应的控制电压信号，所述加热管芯片通过所述控温芯片的控制电压信号的变化生成对应的加热电流，以控制所述功率管管芯温度变化。
作为本申请另一实施例，所述功率管管芯设于所述陶瓷基片的中部。
作为本申请另一实施例，所述隔热桥、所述陶瓷基片、所述簧片和所述石英晶片依次通过导电胶粘接配合，所述陶瓷基片与所述防辐射罩通过导电胶粘接配合，所述管帽与所述基座通过冷压焊工艺密封连接。
作为本申请另一实施例，所述防辐射罩上开有圆孔。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷基片与所述基座的引线柱通过键合丝进行金丝键合电连接。
作为本申请另一实施例，所述隔热桥采用低热导率、高强度材料。
作为本申请另一实施例，所述的陶瓷基片采用高导热率陶瓷。
作为本申请另一实施例，所述簧片采用高导热率、无磁性的金属。
作为本申请另一实施例，所述的防辐射罩采用高导热率的金属。
本发明提供的一种恒温晶体振荡器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种恒温晶体振荡器，基座和管帽形成真空隔热腔，由于安装加热组件的陶瓷基片、簧片和石英晶片内置于封闭的真空隔热腔内，能够最大限度的减少加热组件热量的损失，从而实现低功耗；加热组件的绝大部分热量通过簧片传导至石英晶片上，此外，安装在基座上用于连接陶瓷基片的隔热桥也能进一步降低陶瓷基片上加热组件的热量损耗，能够实现石英晶片的快速启动；防辐射罩减少石英晶片的辐射传热，提高石英晶片的温度稳定度。同时，在谐振器内部安装石英晶片进行直接加热，有效的减少了自身的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的一种恒温晶体振荡器剖开部分管帽后的结构示意图。
图中：1、谐振器；11、基座；12、隔热桥；13、陶瓷基片；14、簧片；15、石英晶片；16、防辐射罩；17、管帽；2、振荡电路。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的一种恒温晶体振荡器进行说明。一种恒温晶体振荡器，包括设于PCB板上的振荡电路2和谐振器1，谐振器1包括基座11和管帽17，基座11安装在PCB板上用于连接振荡电路2，管帽17罩设在基座11上形成真空隔热腔，真空隔热腔内自下而上依次连接设有隔热桥12、陶瓷基片13、簧片14和石英晶片15，陶瓷基片13上设有加热组件，石英晶片15上方还设有用于连接陶瓷基片13的防辐射罩16。
本发明提供的一种恒温晶体振荡器，与现有技术相比，基座11和管帽17形成真空隔热腔，由于安装加热组件的陶瓷基片13、簧片14和石英晶片15内置于封闭的真空隔热腔内，能够最大限度的减少加热组件热量的损失，从而实现低功耗；加热组件的绝大部分热量通过簧片14传导至石英晶片15上，此外，安装在基座11上用于连接陶瓷基片13的隔热桥12也能进一步降低陶瓷基片13上加热组件的热量损耗，能够实现石英晶片15的快速启动；防辐射罩16减少石英晶片15的辐射传热，提高石英晶片15的温度稳定度。同时，在谐振器1内部安装石英晶片15进行直接加热，有效的减少了自身的体积。
其中，谐振器1上设有管脚，PCB板通过该管脚与谐振器1焊接固定。振荡电路2包括门电路、主振电容和输出门电路。
本申请中的恒温晶体振荡器体积大幅减小；只有传统恒温晶振的1/10～1/5，适用于电池供电等对功耗要求极高的场合；由于加热体积大幅度减少，晶体温度可以很快达到工作温度，克服了恒温晶体振荡器启动缓慢的弊端；恒温晶体振荡器设计不再受谐振器1封装的限制，可以工作在5MHz～200MHz的频率范围内。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，加热组件包括分别设于陶瓷基片13上的功率管管芯和温度控制电路，温度控制电路包括热敏电阻、控温芯片和加热管芯片，热敏电阻用于感应陶瓷基片13的温度而产生阻值变化，控温芯片根据热敏电阻的阻值变化生成对应的控制电压信号，加热管芯片通过控温芯片的控制电压信号的变化生成对应的加热电流，以控制功率管管芯温度变化。
本实施例中，温度控制电路原理是基于惠更斯电桥，通过厚膜电路工艺印刷在陶瓷基片13上。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，功率管管芯设于陶瓷基片13的中部。
本实施例中，位于陶瓷基片13的中部的功率管管芯使热量从晶片两侧均匀、对称地流向晶片，减少不对称热量流动给晶片带来的热应力，提高启动速度。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，隔热桥12、陶瓷基片13、簧片14和石英晶片15依次通过导电胶粘接配合，陶瓷基片13与防辐射罩16通过导电胶粘接配合，管帽17与基座11通过冷压焊工艺密封连接。
本实施例中，谐振器1采用高真空冷压焊的方式进行封装，保持谐振器1内的高真空度，隔绝空气分子传热。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，防辐射罩16上开有圆孔。
本实施例中，圆孔的直径为5mm，小型圆孔有利于对石英晶片15进行频率的微调。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，陶瓷基片13与基座11的引线柱通过键合丝进行金丝键合电连接。
本实施例中，在保证引线柱可靠性的前提下，选取直径为20μm的键合丝，较常规的键合丝(常规的键合丝直径为50μm)，能够大幅降低陶瓷基片13上的加热组件产生的热量向基座11的流动，进一步降低热能损耗。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，隔热桥12采用低热导率、高强度材料。
本实施例中，隔热桥12选用石英玻璃片，石英玻璃片的数量为两个且均呈条形。两个条形的石英玻璃片形状相同，二者相互垂直且中部通过导电胶粘接。其中，位于下部石英玻璃片的两端分别通过导电胶粘接在基座11上端面的两侧，位于上部的石英玻璃片的两端分别通过导电胶粘接在陶瓷基片13的下端面的两侧。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，的陶瓷基片13采用高导热率陶瓷。
本实施例中，陶瓷基片13选用氮化铝或者氧化铍陶瓷材质，以提高热量流向石英晶片15的速度和提高陶瓷基片13上温度的一致性，减少热敏电阻和石英晶片15之间的温度差，提高控温精度。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，簧片14采用高导热率、无磁性的金属。
本实施例中，簧片14采用铝合金或铜合金材质，以使热量快速流向石英并减小寄生电感对石英晶片15振动的影响。
作为本发明提供的一种恒温晶体振荡器的一种具体实施方式，请参阅图1，的防辐射罩16采用高导热率的金属。
本实施例中，防辐射罩16采用紫铜材质，以减少石英晶片15的热辐射传热，减小石英晶片15的温度波动，提高陶瓷基片13上温度的均匀性。
本发明提供的一种恒温晶体振荡器的具体工作过程为：
恒温晶体振荡器接通电源后，温度控制电路驱动功率管管芯以最大功率加热，由于隔热桥12的高热阻，功率管管芯产生的热量只有一小部分经过隔热桥12传导至基座11上并散失至外部环境中。大部分热量通过簧片14流向热敏电阻和石英晶片15，由于真空隔热腔的封闭作用，流向热敏电阻和石英晶片15的热量只有极少数以热辐射的形式传至管帽17和环境，绝大多数热量在热敏电阻和石英晶片15处聚集，使二者温度快速升高。当热敏电阻的温度接近预设值时，控温芯片的输出电压快速下降至一稳定值，功率管管芯的加热电流和热敏电阻的温度也基本保持不变。经陶瓷基片13向上方传递的热量极少，且有防辐射罩16减少热辐射，石英晶片15和热敏电阻间温度差很小。
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，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 (10)
1.一种恒温晶体振荡器，其特征在于，包括设于PCB板上的振荡电路和谐振器，所述谐振器包括基座和管帽，所述基座安装在所述PCB板上用于连接所述振荡电路，所述管帽罩设在所述基座上形成真空隔热腔，所述真空隔热腔内自下而上依次连接设有隔热桥、陶瓷基片、簧片和石英晶片，所述陶瓷基片上设有加热组件，所述石英晶片上方还设有用于连接所述陶瓷基片的防辐射罩。
2.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述加热组件包括分别设于所述陶瓷基片上的功率管管芯和温度控制电路，所述温度控制电路包括热敏电阻、控温芯片和加热管芯片，所述热敏电阻用于感应所述陶瓷基片的温度而产生阻值变化，所述控温芯片根据所述热敏电阻的阻值变化生成对应的控制电压信号，所述加热管芯片通过所述控温芯片的控制电压信号的变化生成对应的加热电流，以控制所述功率管管芯温度变化。
3.如权利要求2所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述功率管管芯设于所述陶瓷基片的中部。
4.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述隔热桥、所述陶瓷基片、所述簧片和所述石英晶片依次通过导电胶粘接配合，所述陶瓷基片与所述防辐射罩通过导电胶粘接配合，所述管帽与所述基座通过冷压焊工艺密封连接。
5.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述防辐射罩上开有圆孔。
6.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述陶瓷基片与所述基座的引线柱通过键合丝进行金丝键合电连接。
7.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述隔热桥采用低热导率、高强度材料。
8.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述的陶瓷基片采用高导热率陶瓷。
9.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述簧片采用高导热率、无磁性的金属。
10.如权利要求1所述的一种恒温晶体振荡器，其特征在于，所述的防辐射罩采用高导热率的金属。
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