CN1366382A - 同步信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明的同步信号发生器通过将晶体振荡器输出的正弦波设定得接近理想正弦波并将其变换成脉冲信号而输出波动较小的脉冲。利用使来自振荡频率为f的晶体振荡器的正弦波输出通过相同中心频率f0的滤波单元,同时将滤波单元的输出输入给脉冲变换器,并将所得结果变换成矩形波形的脉冲,从而得到输出信号。通过由晶体滤波器形成所述滤波单元,并将它的频率－温度特性设定得与晶体振荡器的相同,尽管温度变换,也可以得到波动较小的输出信号。

Description

同步信号发生器

技术领域

本发明涉及使用晶体振荡器的同步信号发生器，具体地说，涉及一种抑制同步信号不稳定性(信号随时间而波动)的同步信号发生器。

背景技术

同步信号发生器被公知为是一种脉冲发生器，用于对计算机等按照时间控制信号。例如，一种同步信号发生器将晶体振荡器输出的正弦波转换成脉冲，并输出所述脉冲。近来，为保证信号的同步性，需要一种高精度的同步信号，同时要求同步信号发生器减小输出信号的不稳定性。

图1是普通同步信号发生器的说明性方框图。

图1所示的同步信号发生器包括晶体振荡器1和脉冲变换器2。晶体振荡器1包括晶体振动器3和振荡电路单元4，并形成比如Corpitts(科尔皮茨)型振荡电路。通过比如将一个AT切割的晶片和在晶片上形成的激发电极封装到图中未示出的气密容器内而构成所述的晶体振动器3。AT切割的晶片(晶体振动器3)显示一个与其厚度成反比的振动频率(谐振频率)。

于是，晶体振荡器1的输出信号含有高次谐波频率fs(f2-fn)，如图2所示，它们是基波成分频率f1的倍频。在这个例子中，所述晶体振荡器1的振荡频率f是晶体振动器3的基波成分频率f1，输出波形基本上为正弦波输出(这种输出被称为正弦波输出)。然而，在基波成分f1与高次谐波成分fs之间，晶体振动器3与晶体振荡器1的频率值存在一个移位。

脉冲变换器2由比如一个互补输出驱动器IC形成，将晶体振荡器1的正弦波输出转换成正的/负的矩形脉冲。晶体振荡器1的正弦波输出通常被放大器5放大，再被输入到脉冲变换器2。

然而，在具有上述结构的同步信号发生器中，存在的问题是，脉冲变换器2的输出(脉冲波形)会发生波动。

这就是说，有如图2所示的那样，虽然晶体振荡器1输出的正弦波主要包含基波成分f1，但也包含偶次或奇次高次谐波成分fs。于是，所述正弦波输出并非只含有基波成分f1的理想正弦波，而由高次谐波成分fs使之发生变形，从而引起所说的波动。这就是说，对于所述基波成分f1来说，高次谐波成分fs越少，越接近理想的正弦波，作为晶体振荡器1的正弦波输出。

脉冲变换器2产生的矩形脉冲具有与晶体振荡器1输出正弦波的高次谐波成分fs的含量有关的波动。简单地说，输出的正弦波越接近理想正弦波，也即高次谐波成分fs对于基波成分f1的值越小，脉冲变换器2所产生的脉冲波动越小。不过，尽管晶体振荡器1的振荡输出主要包含基波成分f1，但它含有并非少量的高次谐波成分fs。因此，就势必会发生在脉冲变换器2输出中的波动问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步信号发生器，通过将晶体振荡器的正弦波输出尽可能设定成理想的正弦波，而输出波动被减小的脉冲。

本发明的同步信号发生器包括晶体振荡单元、滤波单元和脉冲变换单元。

所述晶体振荡单元使输出信号振荡。

所述滤波单元将来自晶体振荡单元的输出信号变换为被设定得接近理想正弦波的信号，并输出最终生成的信号。所述信号被变换成比如可使晶体振荡单元输出信号的特定频率成分的含量比其它频率成分的含量(level)相对地高一些。

采用上述结构，所述同步信号发生器在晶体振荡单元中包含较少量的高次谐波成分，因而输出波形的变形较小，得到波动较小的脉冲。

另外，通过由在晶片切割角方面与晶体振荡单元的晶体滤波器构成上述滤波单元，可以减小输出信号的波动。

附图说明

图1是普通同步信号发生器的方框图；

图2表示用以说明采用普通同步信号发生器的问题的频谱；

图3是说明本发明原理的方框图；

图4是本发明一种具体实施例同步信号发生器的方框图；

图5是本发明一种具体实施例的频谱；

图6表示本发明一种具体实施例所用的晶体振动器的频率-温度特性。

具体实施方式

下面所要描述的是本发明的基本原理。

图3是表示本发明同步信号发生器的方框图。

按照本发明，要说明的是在将晶体振荡器输出的正弦波中基波成分f1的含量设定得相对高于高次谐波成分fs含量的情况下，所输出的正弦波变得接近理想正弦波，并且由脉冲变换器输出的脉冲显现被减小的波动。

图3所示的同步信号发生器包含滤波单元13，它在晶体振荡器11与脉冲变换器12之间，所述晶体振荡器11输出所用晶体之特定频率的正弦波信号，而所述脉冲变换器12将正弦波信号变换成矩形脉冲。所述滤波单元将晶体振荡器11的输出输入到滤波单元13，除去或者消弱除基波成分f1之外的频率成分，或者只放大基波成分f1的含量，再将结果输入到脉冲变换器12中。

如果将滤波单元13构造成以振荡频率f为中心频率f0的带通滤波器，并使晶体振荡器11输出的正弦波通过该带通滤波器，然后再得到具有相对于所述基波成分f1受到抑制的高次谐波成分fs的正弦波输出。通过由脉冲变换器12使正弦波输出变换成矩形波形所得到的输出脉冲使高次谐波成分fs受到抑制，从而使所述波动最小。

本发明同步信号发生器的滤波单元13并不限于用于通过特定频率的信号的单元，也即滤波器，而可以是任何设定输入信号之特定频率成分的含量相对地高于其它频率成分含量的器件，并且输出该结果。例如，可以是放大器，用以将基波成分f1的含量放大成比其它频率成分含量大的水平，并用于输出最终的信号。

下面要描述的是本发明同步信号发生器的一种具体实施例。

图4是本发明一种具体实施例同步信号发生器的方框图。

在图4中，给图1中也表示过的部分分配以同样的参考标号，并在下面的叙述中省略对它们的详细描述。

与图1所示的同步信号发生器相比，正像图1中所示的结构那样，晶体振荡器1具有同步信号发生器的振荡频率f，作为基波频率f1；脉冲变换器2作为互补输出驱动器IC，用于将通过放大器5的正弦波输出变换成正的/负的脉冲。采用这种结构，晶体振荡器1包括晶体振动器3和振荡电路单元4，而且图4中的同步信号发生器，在晶体振荡器1与脉冲变换器2之间，包含与图3所示之滤波单元13相应的晶体滤波器6。

晶体滤波器6对于封装到气密容器内的晶片形成输入/输出电极，并且只输出接收输入的控制范围内的频率(受到调节的带通滤波器频率)。

晶体滤波器6的受到调节的带通频率的中心频率f0等于振荡频率f。这就是说，所述中心频率f0等于晶体振荡器1输出的正弦波的基波成分频率f1。

此外，通过将晶体滤波器6与晶体振动器3在晶片的频率-温度特性方面设定得彼此一样，使晶体振荡器1与晶体滤波器6具有同样的频率-温度特性。例如，通过设定晶体滤波器6的晶片在切割角方面与AC切割晶片相等，可使晶体振荡器1在频率-温度特性方面与晶体滤波器6相同，从而使所述中心频率f0可与基波成分的频率f1变化对应。另外，还采用在温度特性方面与晶体振荡器相同的器件，如电容器等，作为确定所述中心频率f0的外部元件，可使晶体振荡器1在频率-温度特性方面与晶体滤波器6相同。此外，对于温度的改变来说，可采用高Q滤波器。

将晶体振荡器1的正弦波输出输入给具有中心频率f0的晶体滤波器6，作为基波成分f1。

晶体滤波器6使中心在振荡频率f(基波成分f1)之频率范围的波通过。通过之后，如上所述，由放大器5使输出的正弦波受到放大，并输入至脉冲变换器2中，被变换成正的/负的脉冲，再输出之。

采用图4所示的结构，输出的正弦波先通过晶体滤波器6，从而去掉它的高次谐波成分fs，并使基波成分f1变得占据优势。也即如图5所示，与基波成分f1相比，比起高次谐波成分fs不通过晶体滤波器6的情况来，从晶体滤波器6输出的正弦波的频谱的高次谐波成分fs进一步受到抑制。因此，在通过晶体滤波器6之后，输出的正弦波变得接近理想正弦波，因高次谐波成分fs所致的变形极小。于是，由于脉冲变换器2接收主要包含基波成分f1的理想正弦波，所以输出脉冲的波动很小。

因此，由于如图4所示的同步信号发生器是在晶体振荡器1输出的正弦波通过中心频率f0等于振荡频率f的晶体滤波器6之后，才将该正弦波输入脉冲变换器2，所以在输出的正弦波接近理想正弦波之后，可使晶体振荡器1输出的正弦波变换成脉冲信号，从而使输出脉冲的波动较小。

此外，按照本实施例，晶体振动器3与晶体滤波器6在晶片切割角方面是相同的。于是，使用晶体振动器3的晶体振荡器1与晶体滤波器6在频率-温度特性方面基本是相同的。

图6表示晶体振动器的频率-温度特性。

图6中的频率-温度特性表现为在环境温度(27℃)附近具有弯曲点的三次曲线，在低温侧有最大值，而在高温侧有最小值。

晶体振荡器1的振荡频率f与温度有关，晶体滤波器6的中心频率f0也与温度有关。这些温度特性都与晶体的切割角有关。晶体振荡器1和晶体滤波器6都包括如电容器等其它组件以及晶片。由于要把这些组件的频率-温度特性考虑进去，所以尽管它们的切割角相等，它们的频率-温度特性却并不一样。然而，由于大多数情况下它们的频率-温度特性都是大大依赖于晶片的切割角，所以，通过设定晶体振荡器1和晶体滤波器6的切割角相同，晶体振荡器1和晶体滤波器6的频率-温度特性接近相同。

于是，晶体滤波器6的中心频率f0和晶体振荡器1的振荡频率随温度的变化而类似地改变。也即在振荡频率f(基波成分f1)随温度变化时，晶体滤波器6的中心频率f0相应地改变。因此，虽然温度变化，基波成分f1与高次谐波成分fs之间可以保持恒定的差值。于是，尽管温度变换，本实施例的同步信号发生器也能得到理想的正弦波，从而输出脉冲的波动小。

按照本实施例，脉冲变换器2是一个双输出型的互补驱动器IC，用于将输入信号变换成正的/负的脉冲。不过，它也可以是单输出的IC等，用于变换成单一的脉冲。

虽然有如上面所述的那样，将晶体振荡器1的振荡频率f限定为基波频率f1，但振荡频率f也可以是另一种频率，例如是基波频率f1的三倍那样高的频率(高次谐波成分的频率fs(f3))。但在这种情况下，如果振荡频率f是频率成分f3的频率，则晶体滤波器6的中心频率也应该是频率成分f3的频率。

虽然设定晶体滤波器6的温度特性与滤波单元13的相同，但滤波单元13可以具有其它结构。例如，滤波单元13可以是采用表面声波装置的SAW滤波器。

当把滤波单元13构造成带通滤波器时，可以设计使中心频率f0等于作为标称频率(也即环境温度25℃时)的振荡频率f，以便相对于振荡频率f抑制高次谐波成分fs。由于所述波动主要是由比基波频率高的高次谐波成分引起的，所以可将滤波单元13构造成低通滤波器，不包括比基波频率f1高的频率。

另外，在上述例子中，通过设定晶体振荡器1与晶体滤波器6的晶片切割角彼此相等，可以得到基本上同样的频率-温度特性。不过，也可以通过提供比如温度补偿电路而得到同样的频率-温度特性，用以与所述它们的频率-温度特性匹配，并得到同样的频率-温度特性。

这就是说，按照本发明，通过在使用滤波器等的同时，设定晶体振荡器1的正弦波输出接近理想正弦波，而可将晶体振荡器1的正弦波输出设计得获得具有较小波动的脉冲，并且具有上述原则所允许的适宜的和灵活的改变的同步信号发生器也在本发明的技术范畴内。

Claims (11)

1.一种同步信号发生器，通过脉冲变换器将来自振荡频率为f的晶体振荡器的正弦波输出变换成矩形波形的脉冲，其特征在于，

来自晶体振荡器的正弦波输出通过其中心频率f0等于振荡频率f的滤波器，并被输入至脉冲变换器。

2.按照权利要求1所述的同步信号发生器，其特征在于，

  所述滤波器是频率-温度特性与晶体振荡器相同的晶体滤波器。

3.按照权利要求2所述的同步信号发生器，其特征在于，

  晶体振荡器和晶体滤波器分别使用的晶片具有相等的切割角。

4.按照权利要求1所述的同步信号发生器，其特征在于，

  所述振荡频率f等于晶体振荡器输出的基波成分的频率。

5.按照权利要求1所述的同步信号发生器，其特征在于，

  所述脉冲变换器是互补输出驱动器IC。

6.一种同步信号发生器，其特征在于，包括：

晶体振荡单元，用于振荡产生输出信号；

滤波单元，将晶体振荡单元的输出信号变换成接近理想正弦波的信号，并输出所变换的信号；

脉冲变换单元，根据所述滤波单元的输出输出矩形波形的脉冲；

7.按照权利要求6所述的同步信号发生器，其特征在于，

所述滤波单元变换所述信号，以使来自所述晶体振荡单元的输出信号中的特定频率成分的含量相对地高于其它频率成分的含量，并输出最终所得的信号。

8.按照权利要求7所述的同步信号发生器，其特征在于，

所述滤波单元是带通滤波器，它具有所述同步信号发生器的振荡频率作为其中心频率。

9.按照权利要求6所述的同步信号发生器，其特征在于，

所述滤波单元的频率-温度特性与所述晶体振荡器相同。

10.按照权利要求9所述的同步信号发生器，其特征在于，

所述滤波单元由晶体滤波器形成，它的晶片的切割角与所述晶体振荡器的相等。

11.一种发生同步信号的方法，得到从使输出信号振荡之晶体振荡单元输出的同步信号，包括如下步骤：

将来自所述晶体振荡单元的输出信号变换成接近理想正弦波的信号；

将所变换的信号变换成矩形波形的脉冲信号。

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