CN201869160U - 高精度软同步数字补偿晶振 - Google Patents

高精度软同步数字补偿晶振 Download PDF

Info

Publication number
CN201869160U
CN201869160U CN2010206392795U CN201020639279U CN201869160U CN 201869160 U CN201869160 U CN 201869160U CN 2010206392795 U CN2010206392795 U CN 2010206392795U CN 201020639279 U CN201020639279 U CN 201020639279U CN 201869160 U CN201869160 U CN 201869160U
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
crystal oscillator
chip microcomputer
circuit
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010206392795U
Other languages
English (en)
Inventor
饶棣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS Co Ltd
Original Assignee
DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS Co Ltd filed Critical DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS Co Ltd
Priority to CN2010206392795U priority Critical patent/CN201869160U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN201869160U publication Critical patent/CN201869160U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

本实用新型公开了一种高精度软同步数字补偿晶振,包括一晶振,其连接频率输出电路,设有测温电路、单片机、温度电压数据存储模块、数模转换器、电压变换电路;温度电压数据存储模块、测温电路分别与单片机输入端连接;单片机包含方波模块,单片机用于采用同步算法控制测温电路与晶振的温度在变化速度和精度上保持一致,单片机的方波输出端经数模转换器、电压变换电路与晶体震荡器的温度补偿输入端连接。本实新型解决温度传感器与晶体感应的温度变化在速度和精度上不完全一致的问题。

Description

高精度软同步数字补偿晶振
技术领域
[0001] 本实用新型涉及晶振,特别涉及高精度软同步数字补偿晶振(以下简称新型 MCXO)。
背景技术
[0002] 现有技术中晶振的频率-温度特性如下:没有采用任何补偿措施的晶振,其频 率-温度特性玉要由石英晶体谐振器(以下简称晶体)本身的频率-温度特性决定上。晶体 的谐振频率随环境温度变化的特性方程可写为:
[0003] Δ f/f0= (f-f0) /f0=a0 (T-TO) +b0 (T-TO)2 +b0 (T-TO)3 式中:T 为任一温度,TO 为 参考温度,fo为TO时的频率,f为T时的频率a0、b0、c0为参考温度TO时的一级、二级、三 级频率温度系数,它与石英晶片的方位及震动形式有关。由此可见,频率-温度特性是晶体 的固有特性,呈现三次曲线关系,在相同的环境温度下,晶体具有的固有谐振频率是可以重 复出现的,频率重现性误差很小。现有技术中的温度补偿式晶振(以下简称TCX0),一般由 晶体封装、温度补偿电路、外部端子、温度补偿元件、用于覆盖板表面的树脂模铸部份等。但 是现在有TCXO由于受所采用的温度补偿电路本身的限制,其补偿精度不高。目前也出现了 软件补偿式晶振,例如一种通过采集晶体的当前温度的测量和记录与真实频率偏移的测量 数据,然后以该数据为依据用来产生一个九阶多项式,再依据其描述晶体随温度的频率漂 移,在本地参考振荡器未锁定时的接初始化期间,测量环境温度并用来索引该九阶多项式 以估算实际的晶体频率。但是这种方法对于设备及程序的要求均较高,体积大在,算法也 较为落后,并不能解决温度传感器与晶体片感应的温度变化在速度和精度上不完全一致的 问题。
实用新型内容
[0004] 本实用新型目的是解决了现在有温度传感器与晶片感应的温度变化在速度和精 度上不完全一致的技术不足,提供一种内置有高速的频率自动采集电路、使晶体和传感器 的温度变化能够同步的新型MCX0。
[0005] 本实用新型实现上述目的,所提供的技术方案是:
[0006] 一种高精度软同步数字补偿晶振,包括一晶振,其频率输出端连接一频率输出电 路;所述温度电压数据存储模块、测温电路分别与单片机输入端连接;单片机包含PWM方 法模块,单片机用于采用同步算法控制测温电路与晶振的温度在变化速度和精度上保持一 致,单片机的PWM方波输出端经数模转换器、电压变换电路与晶体震荡器的温度补偿输入 端连接。
[0007] 所述温度电压数据存储模块为预先测试好存储的温度电压对应数据的EEPROM存 储器。
[0008] 所述晶振为压控晶振(以下简称VCX0),由反相器、三极管或专用振荡芯片构成。
[0009] 所述在频率输出电路中包含放大电路、整形输出电路,单片机频率输出端经放大电路连接整形输出电路。
[0010] 所述设一通讯输入线及接口,其连接单片机的通讯端口与测试设备。
[0011] 所述电压输入线经另一电压变换器与晶振的电压输入端连接。
[0012] 所述MCXO依据的原理如下:由于频率-温度特性是晶体的固有特性,在相同的环 境温度下,晶体具有的固有谐振频率是可以重复出现的,频率重现性误差很小,设计优良的 电路,一般可以达到±0.01ppm。新型MQCO工作时,在任一温度点上都给出一个固定的补偿 值,就可以将MCXO的输出频率校准到中心频率,获得优良的频率-温度特性。根据晶体的 上述特性,我们可以模拟新型MCXO的实际工作环境温度,在不同的温度点下测试出需要的 补偿电压,然后计下这一对温度电压数据。通过计算和实践经验,在全温度范围内我们一般 以1-5C做为一个测试温度间隔,在低温和高温段间隔较密,采集20-40对温度-电压数据, 形成补偿数据表,测试结束后将数据表写入存储器内即为新型MQCO成品。
[0013] 本实用新型的工作原理是:
[0014] 本实用新型提供的新型MQCO采用微处理器作为核心控制器件,对晶振的频率-温 度特性进行补偿。工作时高精度数字温度传感器能够精确感觉环境温度,微处理器读取该 数字温度值,在预先测试好并存储于EEPROM中的温度-电压数据表中查找相应的数字电压 数据,能过拟合算法,经过D/A转换和电压变换后输出模拟电压,控制MCXO的输出频率,并 通过单片机软件的同步算法控制数字温度传感器与晶体片的温度在变化速度和精度上保 持一致,从而使MCXO具有优良的频率温度特性,能更广泛地适应环境温度以及开机即用的 的要求。通过配套开发的新型MCXO测试仪器,与MCXO通信接口配合,可以使其实现规模化 生产。
[0015] 本实用新型与现有技术相比具有如下优点和有益效果:
[0016] 由于本实用新型采用高速的频率自动采集电路对MCXO开机2分钟内的开机特性 曲线进行描绘,经过分段算法,然后在拟合数据表的特定区域内存储拟合信息对其开机2 分钟内的频差进行针对性补偿,解决了温度传感器与晶片感应的温度变化在速度和精度上 不完全一致的问题。本实用新型还通过优良的补偿算法突破了以往学术界普遍公认的温 度补偿极限,可以大幅度提高补偿精度,比TCXO的补偿精度提高1-2个数量级(TCX0其理 论极限为土lppm),可以达到土0. Ippm〜土0. 03ppm。MCXO的工作电压可以达到3. 3V甚至更 低,而对其补偿精度不会有更大的影响。只要选择宽温的数字器件,补偿温度范围达巧5〜 125。
[0017] 附图说明
[0018] 图1是高精度软同步数字温度晶振的原理框图。 具体实施方式
[0019] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述,但本实用新型的实施 方式不限于此。
[0020] 如图1所示的实施例,本实用新型包括一压控晶振,其频率输出端连接一频率输 出电路,设有一测温电路、一单片机、一温度电压数据存储模块、一数模转换器、一电压变换 电路。所述温度电压数据存储模块、测温电路分别与单片机输入端连接。单片机用于采用同 步算法控制测温电路与压控晶振的温度在变化速度上和精度上保持一致。单片机包含PWM方波模块。温度电压数据存储模块为预先测试好并存储的电压对应数据的EEPROM存储器。 单片机的PWM方波输出端经数模转换器、电压变换电路与压控晶体震荡器的温度补偿输入 端连接。在频率输出电路中包含放大电路、整形输出电路,单片机频率输出端经放大电路连 接整形输出电路。电压输入线要经另一电压变换器与压控晶振的电压输入端连接。设一通 讯输入线及接口,其连接单片机的通讯端口与测试设备。
[0021] 本实施例提供的高精度、软同步数字补偿晶振,由依次相连的测温电路、8们或8 位以上的单片机、滤波电路和VQCO组成,单片机向滤波电路输出PWM方波,滤波电路向压控 晶振输出直流控制电压。测温电路可采用数字传温传感器,VCXO可以由反相器、三极管或 专用振荡芯片构成。本项目生产成品率高、可生产性好、有外部通信接口 ;能够实现全自动 调试和校准;生产成本低;产品可靠性好。还可使用批量在线编程方式对MQCO进行频率和 参数微调,全自动、大批量、高速地校准MCX0。
[0022] 正常工作时,MQCO通过循环采集环境温度,在数据表中查找相应的温度电压数据, 通过拟合算法,算出应该数据的补偿电压,由于晶体温度曲线的固有重现性,MCXO就可以在 全温度范围内将其输出频率校准在中心频率上,达到良好的频率温度特性。
[0023] 我们选用高速的频率自动采集系统对MCXO开机2分钟的开机特性曲线进行描绘, 经过分段算法,然后在拟合数据表的特定区域内存储拟合信息对其开机2分钟内的频差进 行针对性补偿,达到问题的解决。
[0024] 新型MCXO在理论上突破了以往学术界普遍公认的温度补偿极限,按照通常的理 论,采用模拟器件补偿方案制造的TCX0,其理论极限为土lppm,而且其工作温度范围最高一 般不超出75° C,工作电压一般要大于8V,这些极限主要于补偿曲线的拟合误差、晶片与感 温器件的温度一致性以及模拟器件的重复精度。当我们采用了数字补偿及软同步的方案以 后,可以克服模拟补偿的缺点,大幅度提高补偿精度,比TCXO的补偿精度提高1〜2个数 量级,可以达到±0. Ippm〜土0. 03ppm。由于MCXO采用数字补偿原理,可以先用低压、低功 耗的器件,因此新型MQCO的工作电压可以到3. 3V甚至更低,而对其补偿精度不会有大的影 响。只要选择宽温的数字器件,其补偿温度范围可达到位-55〜125° C
[0025] 通常TQCO都是采用全温度范围的整体拟合算法,只用一个拟合议程进行拟合,拟 合的曲线都是规则的,拟合无误差熙熙攘攘只有少数的几个交点,不可能完全重合,其余点 都会存在误差工,如图2所示,补偿无误差点只有少数的几个交点,不可能完全重合,其余 点都会存在误差,如图2所示,补偿精度必然受到限制,如果受补偿的MCM)的原始频率-温 度特性是不规则曲线,则TCXO根本无法进行补偿。
[0026] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化、均应为等效的转换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.率输出电路,其特征在于:设有一测温电路、一单片机、一温度电压数据存储模块、 一数模转换器、一电压变换电路;所述温度电压数据存储模块、所述测温电路分别与单片机 输入端连接;所述的单片机包含方波模块,单片机用于采用同步算法控制测温电路与所述 晶振的温度在变化速度和精度上保持一致,单片机的方波输出端经数模转换器、所述电压 变换电路与晶体震荡器的温度补偿输入端连接。
2.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:所述温度电压数据 存储模块为预先测试好并存储的温度电压对应数据的EEPROM存储器。
3.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:所述晶振为压控晶 振,由反相器、三极管或专用振荡芯片构成。
4.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:在所述频率输出电 路中包含放大电路、整形输出电路,单片机频率输出端经放大电路连接整形输出电路。
5.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:设一通讯输入线及 接口,其连接所述单片机的通讯端口与测试设备。
6.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:电压输入线经另一 电压变换器与所述晶振的电压输入端连接。
7.根据权利要求1所述的高精度软同步数字补偿晶振,其特征为:所述方波模块为PWM 方波模块。
CN2010206392795U 2010-12-03 2010-12-03 高精度软同步数字补偿晶振 Expired - Fee Related CN201869160U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010206392795U CN201869160U (zh) 2010-12-03 2010-12-03 高精度软同步数字补偿晶振

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010206392795U CN201869160U (zh) 2010-12-03 2010-12-03 高精度软同步数字补偿晶振

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN201869160U true CN201869160U (zh) 2011-06-15

Family

ID=44140302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010206392795U Expired - Fee Related CN201869160U (zh) 2010-12-03 2010-12-03 高精度软同步数字补偿晶振

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN201869160U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105306056A (zh) * 2014-07-28 2016-02-03 北京自动化控制设备研究所 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN112234979A (zh) * 2020-09-04 2021-01-15 上海鸿晔电子科技股份有限公司 一种晶振调压调频电路和方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105306056A (zh) * 2014-07-28 2016-02-03 北京自动化控制设备研究所 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN105306056B (zh) * 2014-07-28 2019-04-23 北京自动化控制设备研究所 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN112234979A (zh) * 2020-09-04 2021-01-15 上海鸿晔电子科技股份有限公司 一种晶振调压调频电路和方法
CN112234979B (zh) * 2020-09-04 2021-10-22 上海鸿晔电子科技股份有限公司 一种晶振调压调频电路和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101604970B (zh) 自拟合数字温度补偿晶体振荡器及其系统与实现方法
CN102435975B (zh) 一种智能费控电能表进行时钟校准的方法
CN102082548A (zh) 具有高精度的微机补偿表贴温补晶振
CN102195562B (zh) 振荡电路以及频率校正型振荡电路
CN102176112B (zh) Mcu内置rtc实现时钟精确计时的方法
CN104297716B (zh) 一种智能电表rtc校准方法
CN103904998B (zh) 移动终端频率调整方法和装置
CN103063374B (zh) 一种带温度补偿功能的密封性能测试仪及密封性能测试方法
CN105763159A (zh) 一种移动终端频偏调整方法与装置
CN103905000B (zh) 频率调整的方法及终端设备
CN103684256B (zh) 内置晶振的高精度数字温度补偿振荡器电路结构
CN110380724A (zh) Rtc时钟频率温度补偿芯片
CN201113921Y (zh) 高精度软同步微机补偿晶体振荡器
CN101714872A (zh) 声表面波频率器件的温度补偿系统和方法
CN102662107A (zh) 基于soc芯片电表的mcu内置基准温度补偿方法
WO2019200974A1 (zh) 支持NB-IoT的高精度温度传感器
CN201869160U (zh) 高精度软同步数字补偿晶振
CN103684255A (zh) 内置晶体的温度补偿晶体振荡器的补偿校准判断控制方法
CN105573106A (zh) 一种智能电表中对rtc计时精度的修正电路及其方法
CN101634595A (zh) 一种高精度铂电阻测温系统及基于该系统的测温方法
CN102830294A (zh) 用于微机补偿晶振的自动调试系统
CN102142810B (zh) 温补振荡器及其温度补偿方法
CN202614950U (zh) 一种地震数据采集的时间系统
CN108011631A (zh) 工作时钟生成方法、时钟源及芯片
CN201298822Y (zh) 高频宽温高精度温度补偿晶体振荡器

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CU01 Correction of utility model patent

Correction item: Patentee

Correct: Dongguan Jinzhen Electronics Co., Ltd.

False: Dongguan Jinzhen Electronics Co., Ltd.

Number: 24

Page: The title page

Volume: 27

CU03 Correction of utility model patent gazette

Correction item: Patentee

Correct: Dongguan Jinzhen Electronics Co., Ltd.|2 floor, No. 16, No. 523000, Cao Tong Road, Yu Wu industrial zone, Guangdong, Dongguan, Dongcheng District

False: Dongguan Jinzhen Electronics Co., Ltd.|2 floor, No. 16, No. 523000, Cao Tong Road, Yu Wu industrial zone, Guangdong, Dongguan, Dongcheng District

Number: 24

Volume: 27

ERR Gazette correction

Free format text: CORRECT: PATENTEE; FROM: DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS COMPANY LTD.:523000 BUILDING 2, NO. 16, CAOTANG 1ST ROAD, YUWU INDUSTRIAL ZONE, DONGCHENG DISTRICT, DONGGUAN CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: DONGGUAN JINZHEN ELECTRONICS CO., LTD.:523000 BUILDING 2, NO. 16, CAOTANG 1ST ROAD, YUWU INDUSTRIAL ZONE, DONGCHENG DISTRICT, DONGGUAN CITY, GUANGDONG PROVINCE

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110615

Termination date: 20131203