CN117665441A - 一种温度频率稳定度测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度频率稳定度测试方法，包括以下步骤：多个晶体振荡器同时晶振上电模块固定在高低温箱中，在设定的温度条件下，控制保温时间，通过电脑控制多路选择开关轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；根据获得的采样数据，计算任一晶体振荡器在所述设定的温度条件下的频率值。本申请还包含使用所述方法进行温度频率稳定度测试的系统。本申请解决单独测试晶振效率低、误差大的问题。

Description

一种温度频率稳定度测试方法和系统

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种晶体振荡器的温度频率稳定度测试方法和系统。

背景技术

晶体振荡器作为时间频率基准和频率控制的关键器件，广泛应用于航天、雷达、制导、遥测、导航、通信等系统中。随着各应用领域的不断发展，对环境适应性的要求也在不断提高，对于星载设备频率参考源的温度频率稳定度的要求也在不断提高。因此，晶体振荡器高可靠的性能指标变得尤为重要，而温度频率稳定度作为晶体振荡器的一项重要指标，更亟需一套完善的自适应快速测试系统。

传统的测试系统需对被每只测试晶振进行单独测试，尤，对于不同温度点，需要长时间保温确保其准确性，同时由于接头的负载效应，每只晶体振荡器计数时需要一定的稳定时间，因此测试需要耗费大量的时间成本，除此之外，输出需要人工计数，效率较低。

发明内容

本申请提出一种温度频率稳定度测试方法和系统，解决单独测试晶振效率低、误差大的问题。

第一方面，本申请实施例提出一种温度频率稳定度测试方法，包括以下步骤：

多个晶体振荡器同时晶振上电模块固定在高低温箱中，在设定的温度条件下，控制保温时间，控制多路选择开关轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

根据获得的采样数据，计算任一晶体振荡器在所述设定的温度条件下的频率值。

优选地，进一步包含以下步骤：改变温度条件，重复上述步骤，获得任一晶体振荡器在设定的另一温度条件下的频率值；

比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

在本申请的任一实施例中，优选地，所述设定的多个温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下持续时长变化量。

第二方面，本申请实施例还提出一种温度频率稳定度测试系统，用于实现本申请第一方面任意一项实施例所述方法，包括：高低温箱、多路选择开关、控制设备、计数器；

所述高低温箱设置有晶振上电模块，所述晶振上电模块用于同时固定多个晶体振荡器、驱动所述多个晶体振荡器输出信号；

所述多路选择开关，用于选择输出所述多个晶体振荡器输出信号；

所述控制设备，用于控制所述多路选择开关，在设定的任一温度条件下轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

所述计数器，用于采集任一晶体振荡器在采样时长内的输出信号振荡周期数，确定频率值。

优选地，本申请实施例还包含计算单元，用于比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

优选地，在本申请任意一项实施例中，所述控制设备，还用于改变所述高低温箱的温度条件。所述设定的多个温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下持续时长变化量。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

解决传统测试中，测试温度频率稳定度时，需要每只手动记录，同时因为负载效应，测试时间较长，影响测试的准确性和测试效率；本申请通过对频率稳定度系统进行优化设计，实现多晶振同时自动测试，有效提高测试效率和准确性。本发明和现有技术相比，具体有如下优点：

减少人为因素引入的干扰，保证测试的准确性。传统测试过程中，需要人工记录输出频率，在操作过程中，由于接头的负载效应，会存在较大误差，不适用于高精度晶体振荡器产品。本发明采用电脑控制测试系统，实现自动记录测试。

可设置测试温度点，实现保温时间可控，并实现多只被测试晶振测试选号或者同时记录。传统测试系统中，保温时间只能人工控制，同时对多只晶振进行测试时，需要人工逐一转换测试，人工转换会引入外界干扰，带来测试误差。本发明所采用的自适应控制，可以任意选取温度点与保温时间，同时在多只晶振同时加电，可通过测试开关，选择相应的测试晶振，进行自动记录，提高测试效率。

根据本发明，可自动、精确地测量晶体振荡器的温度频率稳定度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请温度频率稳定度测试方法的实施例流程图；

图2为本申请温度频率稳定度测试系统的实施例；

图3为在每一个温度条件下采样时长内的采样数据分布示意图；

图4为本申请晶体振荡器频率随温度条件变化的示意图；

图5为自适应的快速温度频率稳定度测试系统。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明中涉及到一种的新型温度频率稳定度测试系统，通过对频率测试系统进行优化设计，实现多晶振动态转换，实时测试，有效提高测试效率和准确性。

传统晶振产品的温度频率稳定度测试，一般仅依靠高低温箱，稳压电源，计数器三种仪器，测试过程中，通过启动高低温箱，对被测产品施以高低温环境，通过加电保温测试，通过计数器手动记录不同温度条件下被测晶振产品的输出频率指标。对于多台被测试晶振，需要手动更换逐一测试。

本发明主要解决的技术问题在于解决传统测试中，测试温度频率稳定度时，每次只能测试一只产品，而且需要手动记录。记录过程中，会引入外界干扰，影响测试的准确性。同时当多只测试时，只能逐一加电更换，产品更换过程中，会带来巨大的外界干扰，影响测试的准确性和测试效率。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

图1为本申请温度频率稳定度测试方法的实施例流程图。本申请实施例提出一种温度频率稳定度测试方法，包括以下步骤：

步骤110、多个晶体振荡器同时用晶振上电模块固定在高低温箱中，在设定的温度条件下，控制保温时间，通过电脑控制多路选择开关轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

步骤120、根据获得的采样数据，计算任一晶体振荡器在所述设定的温度条件下的频率值。

步骤130、改变温度条件，重复上述步骤，获得任一晶体振荡器在设定的另一温度条件下的频率值。

步骤140、比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

在本申请的任一实施例中，优选地，所述设定的多个温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下的持续时长变化量。

优选地，比较多个晶体振荡器的温变曲线，选择温变曲线与标准曲线的距离小于或大于第一设定阈值的晶体振荡器。

在本申请的任一实施例中，优选地，计算任一晶体振荡器在设定的多个温度条件下的频率变化值，选择频率变化值小于或大于第二设定阈值的晶体振荡器。

图2为本申请温度频率稳定度测试系统的实施例。

第二方面，本申请实施例还提出一种温度频率稳定度测试系统，用于实现本申请第一方面任意一项实施例所述方法，包括：高低温箱、多路选择开关、控制设备、计数器；

所述高低温箱设置有晶振上电模块，所述晶振上电模块用于同时为多个晶体振荡器提供电接口、驱动所述多个晶体振荡器输出信号；

所述多路选择开关，用于选择输出所述多个晶体振荡器输出信号；

所述控制设备，用于控制所述多路选择开关，在设定的任一温度条件下轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

所述计数器，用于采集任一晶体振荡器在采样时长内的输出信号振荡周期数，确定频率值。

优选地，本申请实施例还包含计算单元，用于比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

进一步地，所述计算单元，还用于比较多个晶体振荡器的温变曲线，选择温变曲线和标准曲线的距离小于或大于第一设定阈值的晶体振荡器。

在本申请任意一项实施例中，优选地，所述计算单元，还用于计算任一晶体振荡器在设定的多个温度条件下的频率变化值，选择频率变化值小于或大于第二设定阈值的晶体振荡器。

测试过程中，可将多只被测试晶振产品同时用晶振上电模块固定在高低温箱中，通过电脑控制系统，对多路选择开关进行控制，可控制计数器进行测量，并选择记录相应被测试晶振的温度频率稳定度曲线。

本实施例中，将被测试晶振加电后，由晶振上电模块固定在高低温箱。晶振上电模块包含电连接器阵列，每个电连接器用于适配一个晶体振荡器的管脚。晶振输出线与多路选择开关相连，多路开关输出线与计数器相连。电脑系统控制多路转换开关与高低温箱，适时存取频率曲线图。并通过转换开关，可实现多不同晶振的测试。

由于高低温箱、晶体振荡器进入稳定工作状态需要一定时间，因此，在任意一个设定温度条件下，进行采样时长内的测试，直到获得的频率特征值随时间变化小于设定的第三阈值这样认为测试系统进入稳定的工作状态。

需要说明的是，本申请通过设定的第二阈值或第三阈值对晶体振荡器进行选取，应基于测试系统进入稳定工作状态的频率值进行分析和统计。

图3为在每一个温度条件下采样时长内的采样数据分布示意图。通过高低温箱控制接替温升，例如图中所述的温度1、温度2、温度3，优选地，每次温升间隔为5℃。达到设定温度后，经过保持时长区域后再进行测试，因此，在每个温度阶梯中包含保持时长区域和采样时长区域，采样时长区域在保持时长区域之后，下一个温升开始之前。且在采样时长区域内，通过计算机控制光开关快速测量N个晶体振荡器的频率值。图3中对采样时长区域的一部分放大的示意图，包含多个开关控制的采样时长，例如开关i采样时长，用于测量第i个晶体振荡器的频率值。

需要说明的是，在测试过程中全部晶体振荡器都在工作，例如第i个晶体振荡器并非仅在开关i采样时长上电工作，而是在温度测试的全周期上电工作，且在任何一个温度台阶中，都是在温度保持时长区域内达到工作稳定状态。

图4为本申请晶体振荡器频率随温度条件变化的示意图。本申请的频率值，可以指频率的瞬时值、统计值、或以任一统计值作为特征值。晶振的温变曲线呈类似抛物线状，当在高温区域或低温区域频率值下降。当同时测试大量晶振时，对多个晶振的温变曲线进行统计分析或进行JS散度分析可以获得任意2个晶振温变曲线的相似度估值。例如温变曲线41、42彼此接近，求得的二者之间的JS散度值、均值差异或者平均距离值较小，确定为正常温变特性的晶振。当晶振性能离散程度较大时，例如温变曲线43呈现远离特性，与正常的温变特性曲线差异较大，例如JS散度值、均值差异或者平均距离值较大，则确定为异常温变特性的晶振。

为比较每一个晶振的温变曲线和标准曲线之间的距离，首先设定标准曲线，例如，根据标称设计值确定标准曲线，或者对测量的大量晶振的温变曲线在每个测量温度上取平均获得标准曲线，或者，对测量的大量竞争的温变曲线中，选择JS散度值小于设定阈值的多条温变曲线，再在每个测量温度上取平均获得标准曲线。

优选地，在本申请任意一项实施例中，所述控制设备，还用于改变所述高低温箱的温度条件。所述设定的多个温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下持续时长变化量。

作为本申请的实施例，系统由环境温度实验箱单元51和工控机柜单元52组成，工控机柜单元包括电源模块53(进一步包括直流电源模块、晶振上电模块)、选择开关54、计数器55、计算机56等。系统外观如图5所示。

实施例为晶体振荡器测试的安装实例。高低温箱与测试仪器以机箱形式进行连接。将被测试晶振加电后，固定在高低温箱。

晶振输出线与多路选择开关相连，多路开关输出线与电脑和计数器相连。

电脑系统控制多路转换开关与计数器，可选定温度点和保温时间，自动存取全部或者选定晶体振荡器的输出频率。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种温度频率稳定度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

多个晶体振荡器同时晶振上电模块固定在高低温箱中，在设定的温度条件下，控制保温时间，控制多路选择开关轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

根据获得的采样数据，计算任一晶体振荡器在所述设定的温度条件下的频率值。

2.如权利要求1所述温度频率稳定度测试方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：

改变温度条件，重复上述步骤，获得任一晶体振荡器在设定的另一温度条件下的频率值；

比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

3.如权利要求2所述温度频率稳定度测试方法，其特征在于，

比较多个晶体振荡器的温变曲线，选择温变曲线和标准曲线的距离小于或大于第一设定阈值的晶体振荡器。

4.如权利要求1～3任一所述温度频率稳定度测试方法，其特征在于，

计算任一晶体振荡器在设定的多个温度条件下的频率变化值，选择频率变化值小于或大于第二设定阈值的晶体振荡器。

5.如权利要求1～3任一所述的温度频率稳定度测试方法，其特征在于，

所述设定的温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下持续时长变化量。

6.一种温度频率稳定度测试系统，用于实现权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，包括：高低温箱、多路选择开关、控制设备、计数器；

所述高低温箱设置有晶振上电模块，所述晶振上电模块用于同时为多个晶体振荡器供电、驱动所述多个晶体振荡器输出信号；

所述多路选择开关，用于选择输出所述多个晶体振荡器输出信号；

所述控制设备，用于控制所述多路选择开关，在设定的任一温度条件下轮流对各个晶体振荡器输出信号进行采样，在采样时长内获得晶体振荡器输出信号周期的计数值；

所述计数器，用于采集任一晶体振荡器在采样时长内的输出信号振荡周期数，确定频率值。

7.如权利要求6所述温度频率稳定度测试系统，其特征在于，还包含：

计算单元，用于比较设定的多个温度条件下的所述任一晶体振荡器的频率值，获得所述任一晶体振荡器频率值的温变曲线。

8.如权利要求7所述温度频率稳定度测试系统，其特征在于，

所述计算单元，还用于比较多个晶体振荡器的温变曲线，选择温变曲线与标准曲线的距离小于或大于第一设定阈值的晶体振荡器。

9.如权利要求6～8任一所述温度频率稳定度测试系统，其特征在于，

计算任一晶体振荡器在设定的多个温度条件下的频率变化值，选择频率变化值小于或大于第二设定阈值的晶体振荡器。

10.如权利要求6～8任一所述温度频率稳定度测试系统，其特征在于，

所述控制设备，还用于改变所述高低温箱的温度条件；

所述设定的多个温度条件，为温度随时间变化量，或者，在设定的温度下高低温的持续时长变化量。