CN112953387A - 晶振振动补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶振振动补偿电路，该晶振振动补偿电路包括：n个加速度传感器、n个增益放大器、加法放大器和晶体振荡电路；第k加速度传感器的输出端与第k增益放大器的输入端相连，第k增益放大器的输出端与加法放大器的输入端相连，加法放大器的输出端与晶体振荡电路的晶体压控端相连；第k加速度传感器用于产生第k电压；第k增益放大器用于根据第k预设比例对第k电压进行放大，得到第k输出电压；加法放大器用于对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化；晶体振荡电路利用晶体作为稳频器件产生稳定的频率信号。
Description
技术领域
本发明涉及晶振相关电路设计领域，特别涉及一种晶振振动补偿电路。
背景技术
在电路系统中，在各种噪声的作用下引起射频器件输出信号相位的随机变化，这一输出信号相位的随机变化称为“相位噪声”。
对于相位噪声而言，晶振是受影响的组件之一。晶振可以保证电子系统交流信号的频率高度稳定输出，且晶振是振动敏感部件，当晶振受到振动时，振动频率发生微小抖动，导致晶振相位噪声恶化。
在相关技术中，通过机械减振方式来缓解振动条件下晶振相位噪声恶化的问题。然而，传统机械减振方式只能优化晶振的远端相位噪声，对晶振的近端相位噪声无法进行优化。
发明内容
本发明提供了一种晶振振动补偿电路，以解决相关技术中对晶振近端相位噪声无法进行优化的问题。所述技术方案如下：
提供了一种晶振振动补偿电路，所述晶振振动补偿电路，包括：n个加速度传感器、n个增益放大器、加法放大器和晶体振荡电路，其中，n为大于1的整数；
第k加速度传感器的输出端与第k增益放大器的输入端相连，所述第k增益放大器的输出端与所述加法放大器的输入端相连，所述加法放大器的输出端与晶体振荡电路的晶体压控端相连，其中，k为大于等于1且小于等于n的整数；
所述第k加速度传感器用于产生第k电压，所述第k电压由所述第k加速度传感器通过感应晶振受到的加速度得到；所述第k增益放大器用于根据第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到第k输出电压；所述加法放大器用于对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化；
所述晶体振荡电路用于利用所述晶体为稳频器件产生稳定频率信号。
可选的，所述晶振振动条件下，任一时刻，晶体受到正向加速度或反向加速度中的一种；
所述正向加速度下，所述晶体频率增大，所述第k加速度传感器通过测量晶振正向加速度产生对应的第k电压；
所述反向加速度下，所述晶体频率减小，所述第k加速度传感器通过测量晶振反向加速度产生对应的第k电压。
可选的，所述正向加速度下，所述第k增益放大器根据所述第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到所述第k输出电压，所述加法放大器对所述各个输出电压进行叠加，并根据所述预设放大比例得到第一总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述第一总输出电压补偿所述晶体由于振动造成的频率变化；
所述反向加速度下，所述第k增益放大器根据所述第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到所述第k输出电压，所述加法放大器对所述各个输出电压进行叠加，并根据所述预设放大比例得到第二总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述第二总输出电压补偿所述晶体由于振动造成的频率变化。
可选的，所述第k增益放大器由第k运算放大器、第k1电阻、第k2电阻、第k3电阻和第k4电阻组成；
所述第k1电阻的一端与所述第k运算放大器的正向输入端相连，所述第k1电阻的另一端与第k加速度传感器的输出端相连；所述第k2电阻的一端与所述第k运算放大器的反向输入端相连，所述第k2电阻的一端还与所述第k3电阻的一端相连，所述第k2电阻的另一端接地；所述第k3电阻的另一端与所述第k运算放大器的输出端相连；所述第k运算放大器的输出端还与所述第k4电阻的一端相连，所述第k4电阻的另一端与所述加法放大器的输入端相连。
可选的，所述加法放大器由运算放大电路、一号电阻、二号电阻和三号电阻组成；
所述一号电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连，所述一号电阻的另一端接地；所述二号电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连，所述二号电阻的另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述三号电阻的一端与所述运算放大器的输出端相连，所述三号电阻的另一端与所述晶体振荡电路晶体压控端相连；所述加法放大器的正向输入端与所述第k4电阻的另一端相连。
可选的，所述晶体振荡电路由所述晶体、第一电容、第二电容、四号电阻和振荡电路组成；
所述晶体的一端与所述三号电阻的另一端相连，所述三号电阻的另一端还与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与所述振荡电路的一端相连，所述振荡电路的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述四号电阻的一端相连，所述四号电阻的一端还与所述晶体的另一端相连，所述四号电阻的另一端接地。
本发明带来的有益效果：
本发明提供了一种晶振振动补偿电路，振动条件下，晶振频率不稳定，晶振相位噪声恶化，本发明首先通过多端的加速度传感器根据晶振受到的加速度产生电压，并通过增益放大器对多端的电压进行放大得到多端的输出电压，再由加法放大器对多端电压进行汇集与二次放大，得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化进而改善振动下相位噪声，弥补了传统的机械减振方式只能优化晶振的远端相位噪声，对晶振的近端相位噪声无法进行优化的问题。本发明实现对振动下晶体频率补偿，优化近端相位噪声。
附图说明
图1示出了本申请提供的晶振振动补偿电路的电路模块示意图；
图2示出了本申请提供的晶振振动补偿电路的电路组件示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
示意性的，如图1和图2所示，晶振振动补偿电路包括n个增益放大器、n个加速度传感器、加法放大器和晶体振荡电路，其中，n为大于1的整数。
第k加速度传感器的输出端与第k增益放大器的输入端相连，第k增益放大器的输出端与加法放大器的输入端相连，加法放大器的输出端与晶体振荡电路的晶体压控端相连，其中，k为大于等于1且小于等于n的整数。
第k加速度传感器用于产生第k电压，第k电压由第k加速度传感器通过感应晶振受到的加速度得到；第k增益放大器用于根据第k预设比例对第k电压进行放大，得到第k输出电压；加法放大器用于对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化。
晶体振荡电路用于利用晶体为稳频器件产生稳定频率信号。
本申请实施例中，提供了一种晶振振动补偿电路，振动条件下，晶振频率不稳定，晶振相位噪声恶化，首先通过多端的加速度传感器根据晶振受到的加速度产生电压，并通过增益放大器对多端的电压进行放大得到多端的输出电压，再由加法放大器对多端电压进行汇集与二次放大，得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化，弥补了传统的机械减振方式只能优化晶振的远端相位噪声，对晶振的近端相位噪声无法进行优化的问题。本发明实现对振动下晶体频率补偿，优化近端相位噪声。
实施例2
示意性的，如图1和图2所示，振动条件下，任一时刻，晶体受到正向加速度或反向加速度中的一种。
正向加速度下，晶体频率增大，第k加速度传感器通过测量晶振正向加速度产生对应的第k电压。
反向加速度下，晶体频率减小，第k加速度传感器通过测量晶振反向加速度产生对应的第k电压。
可选的，正向加速度下，第k增益放大器根据第k预设比例对第k电压进行放大，得到第k输出电压，加法放大器对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到第一总输出电压，利用晶体压电特性，通过第一总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化。
反向加速度下，第k增益放大器根据第k预设比例对第k电压进行放大，得到第k输出电压，加法放大器对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到第二总输出电压，利用晶体压电特性，通过第二总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化。
可选的，第k增益放大器由第k运算放大器、第k1电阻、第k2电阻、第k3电阻和第k4电阻组成。
第k1电阻的一端与第k运算放大器的正向输入端相连，第k1电阻的另一端与第k加速度传感器的输出端相连；第k2电阻的一端与第k运算放大器的反向输入端相连，第k2电阻的一端还与第k3电阻的一端相连，第k2电阻的另一端接地；第k3电阻的另一端与第k运算放大器的输出端相连；第k运算放大器的输出端还与第k4电阻的一端相连，第k4电阻的另一端与加法放大器的输入端相连。
可选的，加法放大器由运算放大电路、一号电阻、二号电阻和三号电阻组成。
一号电阻的一端与运算放大器的反向输入端相连，一号电阻的另一端接地；二号电阻的一端与运算放大器的反向输入端相连，二号电阻的另一端与运算放大器的输出端相连；三号电阻的一端与运算放大器的输出端相连，三号电阻的另一端与晶体振荡电路中的晶体压控端相连；加法放大器的正向输入端与第k4电阻的另一端相连。
可选的，晶体振荡电路由晶体、第一电容、第二电容、四号电阻和振荡电路组成。
晶体的一端与三号电阻的另一端相连，三号电阻的另一端还与第一电容的一端相连，第一电容的另一端与振荡电路的一端相连，振荡电路的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端与四号电阻的一端相连，四号电阻的一端还与晶体的另一端相连，四号电阻的另一端接地。
本申请实施例中，具体阐述了在正向加速度下和反向加速度下晶体频率变化后会产生相位噪声恶化问题，晶振振动补偿电路在晶体频率变低时通过加速度传感器产生的电压对频率进行调大，在晶体频率变高时通过加速度传感器产生的电压对频率进行减小，以稳定晶体频率。
运算内容
该发明的运算内容包括四部分：
(1)第1加速度传感器～第n加速度传感器，用于测量加速度并产生对应的电压；
(2)第1增益放大器～第n增益放大器，用于对加速度传感器的输出电压进行比例放大，增益Gk＝Rk3/Rk2，Rk3指代第k3电阻的阻值，Rk2指代第k2电阻的阻值。
(3)加法放大器，用于n个增益放大器的输出电压进行叠加并进行比例放大。
Vout＝(V1+V2+……+Vn)×(R1/R2)，其中，V1,V2…Vn为对应的增益放大器的输出电压，R1指代一号电阻值，R2指代二号电阻值。
(4)振荡器电路，用于在晶体频率处满足相位平衡条件和振幅平衡条件，实现稳定振荡。
综上，通过加速度传感器、增益放大器、加法放大器，使施加在晶体上的总输出电压V＝(R3/R2)×(R13/R12×v1+R23/R22×v2+R33/R32×v3+......+Rn3/Rn2×vn)，其中，Rk3指代第k3电阻的电阻值，Rk2指代第k2电阻的电阻值，k为大于等于1且小于等于n的整数，v1、v2、v3…vn为对应的加速度传感器产生的与加速度值相对应的电压值。
由此，每个加速度传感器对应的加速度值以电压形式施加在晶体上，利用晶体的压电效应，补偿晶体频率变化，优化动态下的相位噪声。
经实际验证，振动下相位噪声，比机械减振方式，在100Hz处优化15dBc左右。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种晶振振动补偿电路，其特征在于，所述晶振振动补偿电路，包括：n个加速度传感器、n个增益放大器、加法放大器和晶体振荡电路，其中，n为大于1的整数；
第k加速度传感器的输出端与第k增益放大器的输入端相连，所述第k增益放大器的输出端与所述加法放大器的输入端相连，所述加法放大器的输出端与晶体振荡电路的晶体压控端相连，其中，k为大于等于1且小于等于n的整数；
所述第k加速度传感器用于产生第k电压，所述第k电压由所述第k加速度传感器通过感应晶振受到的加速度得到；所述第k增益放大器用于根据第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到第k输出电压；所述加法放大器用于对各个输出电压进行叠加，并根据预设放大比例得到总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述总输出电压补偿晶体由于振动造成的频率变化；
所述晶体振荡电路用于利用所述晶体为稳频器件产生稳定频率信号。
2.根据权利要求1所述的晶振振动补偿电路，其特征在于，所述晶振振动条件下，任一时刻，晶体受到正向加速度或反向加速度中的一种；
所述正向加速度下，所述晶体频率增大，所述第k加速度传感器通过测量晶振正向加速度产生对应的第k电压；
所述反向加速度下，所述晶体频率减小，所述第k加速度传感器通过测量晶振反向加速度产生对应的第k电压。
3.根据权利要求2所述的晶振振动补偿电路，其特征在于，
所述正向加速度下，所述第k增益放大器根据所述第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到所述第k输出电压，所述加法放大器对所述各个输出电压进行叠加，并根据所述预设放大比例得到第一总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述第一总输出电压补偿所述晶体由于振动造成的频率变化；
所述反向加速度下，所述第k增益放大器根据所述第k预设比例对所述第k电压进行放大，得到所述第k输出电压，所述加法放大器对所述各个输出电压进行叠加，并根据所述预设放大比例得到第二总输出电压，利用晶体压电特性，通过所述第二总输出电压补偿所述晶体由于振动造成的频率变化。
4.根据权利要求1至3任一所述的晶振振动补偿电路，其特征在于，所述第k增益放大器由第k运算放大器、第k1电阻、第k2电阻、第k3电阻和第k4电阻组成；
所述第k1电阻的一端与所述第k运算放大器的正向输入端相连，所述第k1电阻的另一端与第k加速度传感器的输出端相连；所述第k2电阻的一端与所述第k运算放大器的反向输入端相连，所述第k2电阻的一端还与所述第k3电阻的一端相连，所述第k2电阻的另一端接地；所述第k3电阻的另一端与所述第k运算放大器的输出端相连；所述第k运算放大器的输出端还与所述第k4电阻的一端相连，所述第k4电阻的另一端与所述加法放大器的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的晶振振动补偿电路，其特征在于，所述加法放大器由运算放大电路、一号电阻、二号电阻和三号电阻组成；
所述一号电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连，所述一号电阻的另一端接地；所述二号电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连，所述二号电阻的另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述三号电阻的一端与所述运算放大器的输出端相连，所述三号电阻的另一端与所述晶体振荡电路晶体压控端相连；所述加法放大器的正向输入端与所述第k4电阻的另一端相连。
6.根据权利要求5所述的晶振振动补偿电路，其特征在于，所述晶体振荡电路由所述晶体、第一电容、第二电容、四号电阻和振荡电路组成；
所述晶体的一端与所述三号电阻的另一端相连，所述三号电阻的另一端还与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与所述振荡电路的一端相连，所述振荡电路的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述四号电阻的一端相连，所述四号电阻的一端还与所述晶体的另一端相连，所述四号电阻的另一端接地。
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