CN219938318U - 一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及振荡器技术领域，具体为一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，包括石英晶体谐振器，与石英晶体谐振器并联的放大器，连接到放大器的输入侧和输出侧的电压可变电容元件。本实用新型的目的在于提供一种温度补偿型晶体振荡器，其能够消除温度补偿引起的频率漂移特性，并且还补偿石英晶体振荡器或振荡电路的频率漂移特性，从而抑制频率漂移特性的波动特性。

Description

一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器

技术领域

本实用新型涉及振荡器技术领域，具体为一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器。

背景技术

在5G网络设备，野外作业设备，移动设备，通讯设备等室外设备在环境温度变化影响下(如高温、下雨、下雪)会引起晶体振荡器频率的变动，因此在传统的晶体振荡器上附加了温度补偿电路，以减少环境温度变化引起的频率变动。

在传统的温度补偿型晶体振荡器中、其补偿量是恒定的，而且，在传统的温度补偿型晶体振荡器中，在刚供电时，频率会发生漂移(波动或晃动)，特别是随着通电产生热量，频率漂移特性会发生变化的问题，为此，我们提出一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，包括石英晶体谐振器，与石英晶体谐振器并联的放大器，连接到放大器输入侧和输出侧的电压可变电容元件，温度补偿型晶体振荡器具有一个温度传感器，该温度传感器输出用于进行温度补偿的控制电压，该温度传感器检测石英振子的周围温度，并输出与所检测温度相对应的电压，温度补偿消除电路根据温度传感器检测的温度输出电压以消除由温度补偿电路进行温度补偿时的温度补偿频率漂移特性，石英振子补偿电路输出电压以补偿石英振子的频率漂移特性，第一加法电路将温度传感器输出的电压、温度补偿消除电路输出的电压和石英振子输出的电压相加并输出给温度补偿电路。

在上述温度补偿型晶体振荡器中，温度补偿消除电路向第一加法电路输出温度补偿频率漂移特性补偿控制电压，其中恒流源电路和电容器串联，放大器放大恒流源电路和电容器之间的电压，放大器的输入级连接二极管的阳极，二极管的阴极接地，温度补偿频率漂移特性成为温度补偿频率消除特性，抵消了温度补偿电路中的温度补偿频率漂移特性。

在上述温度补偿型晶体振荡器中，晶体补偿电路向第一加法电路输出晶体频率漂移特性补偿控制电压，其中恒流源电路和电容器串联，放大器放大恒流源电路和电容器之间的电压，放大器的输入级连接二极管的阳极，二极管的阴极接地，晶体频率补偿特性成为补偿石英振子中的晶体频率漂移特性的石英频率补偿特性。

石英晶体谐振器，与石英晶体谐振器并联的放大器，连接到放大器输入侧和输出侧的电压可变电容元件，温度补偿型晶体振荡器，具有温度补偿电路，输出控制电压进行温度补偿；温度传感器检测石英晶体谐振器的周围温度并输出与所检测温度对应的电压，温度补偿消除电路根据温度传感器检测的温度输出电压以消除温度补偿电路温度补偿时的温度补偿频率漂移特性，振荡电路特性补偿电路输出电压以补偿包括放大器在内的振荡电路的频率漂移特性，第一加法器将温度传感器输出的电压与温度补偿消除电路输出的电压相加并输出到温度补偿电路，第二加法器将温度补偿电路输出的电压与振荡电路特性补偿电路输出的电压相加并输出到电压可变电容元件。

本发明在上述温度补偿型晶体振荡器中设置频率控制电路，输出控制电压以使输出频率可变，第二加法电路将温度补偿电路输出的电压、振荡电路特性补偿电路输出的电压和频率控制电路输出的电压相加，输出到电压可变电容元件。

在上述温度补偿型晶体振荡器中，振荡电路特性补偿电路向第二加法电路输出振荡电路频率漂移特性补偿控制电压，其中恒流源电路与电容器串联，放大器放大恒流源电路与电容器之间的电压，放大器的输入级连接二极管的阳极，二极管的阴极接地，振荡电路频率补偿特性成为补偿振荡电路中振荡电路频率漂移特性的振荡电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的目的在于提供一种温度补偿型晶体振荡器，其能够消除温度补偿引起的频率漂移特性，并且还补偿石英晶体振荡器或振荡电路的频率漂移特性，从而抑制频率漂移特性的波动特性。

附图说明

图1为根据本发明实施例的温度补偿晶体振荡器的结构示意图；

图2为温度补偿消除电路的电路示意图；

图3为石英晶体补偿电路和振荡电路特性补偿电路的电路示意图；

图4为示出温度补偿消除电路启动时的输出电压VIC的示意图；

图5为示出石英晶体补偿电路的输出电压VX的示意图；

图6为示出振荡电路特性补偿电路的输出电压Vo的示意图；

图7为示出温度补偿电路输出电压的示意图；

图8为表示频率可变特性的示意图；

图9为示出温度补偿频率漂移特性的消去特性的示意图；

图10为示出石英晶体频率漂移特性的补偿特性的示意图；

图11为示出振荡电路频率漂移特性的补偿特性的示意图；

图12为示出振荡器频率漂移特性的示意图。

图中：温度补偿电路1、自动频率控制电路2、温度传感器3、加法电路4、石英晶体振荡器5、逆变器I6、电压可变电容元件7a、电压可变电容元件7b、缓冲器8、输出端子9、温度补偿消除电路11、石英补偿电路12、振荡电路特性补偿电路13。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

将参照图1描述根据本发明实施例的温度补偿晶体振荡器，图1是根据本发明实施例的温度补偿晶体振荡器的结构图。

如图1所示，根据本发明实施例的温度补偿型晶体振荡器基本上包括温度补偿电路1、自动频率控制电路2、温度传感器3、加法电路4、石英晶体振荡器5、逆变器I6、电压可变电容元件7a和7b、缓冲器8、输出端子9、温度补偿消除电路11、石英补偿电路12振荡电路特性补偿电路13基本的电子元器件；

具体说明本振荡器的各个部分：

温度补偿电路1的输入是由第一加法电路13添加的控制电压(加法电压Va)，并根据加法电压Va将温度补偿的控制电压(温度补偿控制电压Vc)输出到第二加法电路4。

AFC电路2将用于改变从输出端子9输出的频率的控制电压(振荡频率控制电压Vafc)输出到第二加法器4，温度传感器3检测石英晶体谐振器5周围的温度，并根据检测到的温度将温度信息作为电压输出到第一加法电路13。

温度补偿消除电路11将用于补偿(消除)由温度传感器电压的启动时的变化引起的温度补偿频率漂移特性的控制电压(温度补偿频率漂移特性补偿控制电压VIC)输出到第一加法电路13；由于温度补偿电路1中的补偿电压主要由温度传感器3的温度传感器电压VT产生，因此可以通过消除启动时温度传感器电压的变化来消除温度补偿电压的频率漂移特性。

石英晶体补偿电路12将用于补偿石英晶体振荡器5的石英晶体频率漂移特性的控制电压(石英晶体频率漂移特性补偿控制电压VX)输出到第一加法电路13。

第一加法电路13输入来自温度传感器3的温度补偿控制电压VT、来自温度补偿消除电路11的温度补偿频率漂移特性补偿控制电压VIC和来自石英晶体补偿电路12的石英晶体频率漂移特性补偿控制电压VX，并将通过将它们相加而获得的加法电压Va(＝VT+VIC+VX)输出到温度补偿电路1。

振荡电路特性补偿电路14将用于补偿振荡电路部分中的频率漂移特性的补偿电压(振荡电路频率漂移特性补偿电压Vo)输出到第二加法电路4。据推测，振荡电路的频率漂移特性主要由半导体PN结的温度特性产生，具有一次函数的温度特性，在较宽的温度范围内，频率的变动方向相同且大小相等。

第二加法电路4输入来自温度补偿电路1的温度补偿控制电压Vc、来自AFC电路2的振荡频率控制电压Vafc和来自振荡电路特性补偿电路14的振荡电路频率漂移特性补偿电压Vo，将它们相加，并将加法输出电压VOUT(＝Vc+Vafc+Vo)输出到电容器C1和变容二极管D1之间的点，输出到电容器C2和变容二极管D2之间的点。另外，加法器4中的加法也可以对各输入电压加权而相加。

石英晶体谐振器5以由从石英晶体谐振器两端观察的负载电容确定的谐振频率振荡。逆变器IC(集成电路)6放大石英晶体谐振器5的振荡频率，反转相位，并将其输出到缓冲器8。

作为电压可变电容元件的变容二极管D1和D2根据施加的电压改变电容，改变石英晶体谐振器5的负载电容并调节振荡频率。

具体地说，变容二极管D1的阳极侧接地，电容器C1的一端连接到阴极侧，另一端连接到晶振5的一端和逆变器IC6的输入侧。另外，变容二极管D2的阳极侧接地，电容器C2的一端连接到阴极侧，另一端连接到晶振5的另一端和逆变器IC6的输出侧。

然后，来自第一加法电路4的控制电压被施加到变容二极管D1和D2的阴极侧。

缓冲器8是信号放大器，其放大来自逆变器IC6的振荡频率并将其输出到输出端子9。输出端子9是输出振荡器的振荡信号的端子。

接下来，将参照图2描述温度补偿消除电路11。图2是温度补偿消除电路的电路图。

在温度补偿消除电路11中，恒流源电路24和电容器2串联连接，电容器22的另一端接地，恒流源电路24和电容器22之间点的电压输入到放大器23的输入端，二极管25的阳极连接到输入端，二极管25的阴极接地，如图2所示，通过将恒流源电路24的电流设定为微电流，可以调节大的时间常数。

在图2的温度补偿消除电路11中，通过调整流过恒流源电路24的电流，并且通过调整电容器22的容量，实现时间常数的调整，通过调整AMP23的增益，来调整电压电平。

接下来，将参考图3描述石英晶体补偿电路12和振荡电路特性补偿电路14，而图3是石英晶体补偿电路和振荡电路特性补偿电路的电路图。

如图3所示，在石英晶体补偿电路12和振荡电路特性补偿电路14中，恒流源电路34和电容器32串联连接，电容器32的另一端接地，恒流源电路34和电容器32之间点的电压输入到放大器33的输入端，二极管35的阳极连接到输入端，二极管35的阴极接地。

在石英晶体补偿电路12和振荡电路特性补偿电路14中，AMP33与温度补偿消除电路11的AMP23不同，并且反相输出，通过将恒流源电路34的电流设定为微电流，可以调节大的时间常数；另外，在图3的补偿电路中，通过调整流过恒流源电路34的电流，以及通过调整电容器32的容量，实现时间常数的调整，通过调整AMP33的增益，来调整电压电平。

接下来，将参照图4描述温度补偿消除电路11的输出电压VIC，其中，图4是示出温度补偿消除电路启动时的输出电压VIC的图，另外，纵轴表示电压[V]，横轴表示经过时间[S]；

如图4所示，实线是来自温度传感器3的输出电压VT，虚线是从温度补偿消除电路11输出的用于消除电压VT的温度补偿消除电压VIC。温度补偿消除电压VIC来自温度补偿消除电路11，用于消除电压VT，以便从温度补偿消除电路11输出。

接下来，将参考图5描述石英晶体补偿电路12的输出电压VX，其中，图5是示出石英晶体补偿电路的输出电压VX的图；

如图5所示，实线表示石英晶体的温度，虚线表示从石英晶体补偿电路12输出的石英晶体补偿电压VX；

石英晶体补偿电压VX是用于补偿石英晶体频率漂移特性的电压，其下降曲线与启动时温度传感器的输出电压相同；因此，调节这种石英补偿电压VX以从石英补偿电路12输出。

接下来，将参照图6描述振荡电路特性补偿电路14的输出电压Vo，其中，图6是示出振荡电路特性补偿电路的输出电压Vo的图，另外，纵轴用Linear表示电压[V]，横轴用Linear表示经过时间(Time)；

如图6所示，实线是来自温度传感器3的输出电压VT，虚线是从振荡电路特性补偿电路14输出的振荡电路特性补偿电压Vo；

振荡电路特性补偿电压Vo是用于补偿振荡电路(IC)特性的电压，是与启动时温度传感器的输出电压具有相同下降曲线的电压。因此，调整振荡电路特性补偿电压Vo以从振荡电路特性补偿电路14输出。

接下来，将参照图7描述温度补偿电路1的输出电压Vc，其中，图7是示出温度补偿电路输出电压的图；另外，纵轴用Linear表示电压[V]，横轴用Linear表示温度(Temp)[℃]；

如图7所示，从温度补偿电路1输出的温度补偿电压Vc，为了补偿石英振子温度特性，在用3次以上的n次函数近似其温度特性的n次近似函数的拐点处成为点对称的特性曲线。

然后，将参照图8说明第二加法电路4的输出电压VOUT的频率特性。图8是表示频率可变特性的图；另外，纵轴用Linear表示频率(Freq.)，横轴用Linear表示电压[V]；

如图8所示，第二加法电路4的输出电压VOUT的频率特性与电压成比例地线性增大。

接下来，将参照图9描述温度补偿频率漂移特性的消除特性，图9是示出温度补偿频率漂移特性的消去特性的图，另外，纵轴用Linear表示频率(Freq)，横轴用Linear表示经过时间(Time)；

如图9所示，实线是温度补偿频率漂移特性(温度补偿频率特性)，虚线是温度补偿频率漂移特性的消除特性(温度补偿频率消除特性)，其中温度补偿频率特性被消除；

温度补偿频率特性随着时间的推移，频率逐渐降低而恒定；因此，温度补偿消除电路11被设定为输出温度补偿频率漂移特性补偿控制电压VIC，其成为用于消除温度补偿频率特性的温度补偿频率消除特性。

接下来，将参考图10描述晶体频率漂移特性的补偿特性，图10是示出石英晶体频率漂移特性的补偿特性的图；另外，纵轴用Linear表示频率(Freq)，横轴用Linear表示经过时间(Time)；

如图10所示，实线是石英晶体频率漂移特性(石英晶体频率特性)，虚线是石英晶体频率漂移特性的补偿特性(石英晶体频率补偿特性)，石英晶体频率补偿特性得到补偿。

石英晶体频率特性随着时间的推移，频率逐渐上升而恒定；因此，石英晶体补偿电路12被设置为输出石英晶体频率补偿特性以补偿石英晶体频率特性的石英晶体频率漂移特性补偿控制电压VX。

接下来，将参考图11描述振荡电路频率漂移特性的补偿特性，图11是示出振荡电路频率漂移特性的补偿特性的图；另外，纵轴用Linear表示频率(Freq)，横轴用Linear表示经过时间(Time)；

如图11所示，实线是振荡电路频率漂移特性(振荡电路频率特性)，虚线是补偿振荡电路频率特性的振荡电路频率漂移特性的补偿特性(振荡电路频率补偿特性)。

振荡电路频率特性随着时间的推移，频率逐渐略微上升，在时间T1变得恒定；因此，振荡电路特性补偿电路14被设置为输出振荡电路频率特性补偿控制电压Vo，该振荡电路频率特性补偿控制电压Vo具有用于补偿振荡电路频率特性的振荡电路频率补偿特性。

接下来，将参照图12描述根据本实施例的整个振荡器的频率漂移特性。图12是示出振荡器频率漂移特性的图；另外，纵轴用Linear表示频率(Freq)，横轴用Log表示经过时间(Time)；

如图12所示，实线是根据本实施例的整个振荡器的频率漂移特性(振荡器频率漂移特性)。

振荡器频率漂移特性虽然在时间经过之初频率急剧减小，但之后的频率保持恒定稳定，这是温度补偿消除电路11消除温度补偿频率漂移特性，石英晶体补偿电路12补偿石英晶体频率漂移特性，振荡电路特性补偿电路14补偿振荡电路频率漂移特性的结果。

综上所述，由于本振荡器分别施加用于由温度补偿消除电路11消除温度补偿频率漂移特性、由石英晶体补偿电路12补偿石英晶体频率漂移特性和由振荡电路特性补偿电路14补偿振荡电路频率漂移特性的电压，因此，可以抑制基于温度补偿频率漂移特性、石英晶体频率漂移特性和振荡电路频率漂移特性的频率漂移特性的波动特性，具有实现良好的频率启动特性的效果。

Claims (4)

1.一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，包括石英晶体谐振器，与石英晶体谐振器并联的放大器，连接到放大器的输入侧和输出侧的电压可变电容元件；

温度补偿型晶体振荡器，具有温度补偿电路，输出控制电压进行温度补偿；

温度传感器，该温度传感器用于检测石英晶体谐振器的周围温度并输出与所检测温度对应的电压；

温度补偿消除电路，该温度补偿消除电路基于由温度传感器检测的温度输出电压以消除由温度补偿电路进行温度补偿时的温度补偿频率漂移特性；

石英晶体补偿电路，该石英晶体补偿电路输出电压以补偿石英晶体谐振器的频率漂移特性；

第一加法电路，该第一加法电路将从温度传感器输出的电压、从温度补偿消除电路输出的电压相加并输出到温度补偿电路。

2.根据权利要求1所述的一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，所述温度补偿型晶体振荡器，向第一加法电路输出补偿频率漂移特性补偿控制电压，所述温度补偿消除电路由恒流源电路和电容器串联，具有放大器，用于放大恒流源电路和电容器之间的电压，放大器的输入级连接二极管的阳极，二极管的阴极接地，温度补偿频率消除特性，消除温度补偿电路中的温度补偿频率漂移特性。

3.根据权利要求1所述的一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，所述石英晶体补偿电路包括恒流源电路和电容器串联，放大所述恒流源电路和所述电容器之间的电压的放大器，所述放大器的输入级连接二极管的阳极，所述二极管的阴极接地，并向第一加法电路输出石英晶体频率漂移特性补偿控制电压，所述石英晶体频率漂移特性补偿石英晶体谐振器中的石英晶体频率漂移特性。

4.根据权利要求1所述的一种能抑制频率漂移特性的温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，还包括振荡电路特性补偿电路，所述振荡电路特性补偿电路串联恒流源电路和电容器，包括放大器，放大器放大所述恒流源电路和所述电容器之间的电压，二极管的阳极连接到所述放大器的输入级，所述二极管的阴极接地，将振荡电路频率漂移特性补偿控制电压输出到第二加法电路。