SU1494199A1

SU1494199A1 - Кварцевый генератор с температурной компенсацией

Info

Publication number: SU1494199A1
Application number: SU874324381A
Authority: SU
Inventors: Андрей Викторович Дюков
Original assignee: Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1987-10-05
Publication date: 1989-07-15

Abstract

Изобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний. Цель изобретени - повышение долговременной стабильности частоты выходных колебаний. Дл достижени цели в кварцевый г-р введены частотно-фазовый компаратор 6, формирователь 7 импульса сброса, АЦП 9, два регистра 10, 11 хранени , вычитатель 12 кодов, сумматор 13 кодов, ждущий мультивибратор 14, делитель 15 частоты. Принцип получени сигнала со стабильной частотой F₀ заключаетс в попеременном переключении с периодом τ на общий выход выходов кварцевых автогенераторов 1,3, частоты выходных колебаний которых соответственно равны F₁ и F₂, на врем соответственно Τ₁ и Τ-Τ₁. Такое решение позвол ет получить сигнал с частотой F₀ путем изменени длительности времени переключени , измен ющейс по линейному закону в зависимости от температуры. 3 ил.

Description

4 СО

СО QD

Итобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний,

Цель изобретени - повьппение долговременной стабильности частоты выходных колебаний.

На фиг. 1 приведена структурна электрическа схема кварцевого гене- ю ратора с температурной компенсацией; на фиг. 2 - структурна электрическа схема частотно-фазового компаратора на фиг. 3 - температурно- частотные характеристики первого и 15 второго кварцевого автогенераторов.

Кварцевый генератор с температурной компенсацией содержит первый кварцевый автогенератор 1, в состав которого входит первый кварцевый 20 резонатор 2, второй кварцевый автогенератор 3, в состав которого входит второй кварцевый резонатор 4, переключатель 5, частотно-фазовый компаратор 6, формирователь 7 импуль- 5 са сброса, датчик 8 температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, первый 10 и второй 11 регистры хранени , вычитатель 12 кодов, сумматор 13 кодов, ждупщй мультивибратор 14 30 и делитель 15 частоты.

Частотно-фазовый компаратор 6 (фиг. 2) состоит из элемента И 16, частотного компаратора 17, фазового детектора 18, компаратора 19, эле- ,r мента ИЛИ 20, формировател 21 импульса , инвертора 22 и триггера 23.

Кварцевый генератор с температурной компенсацией работает следующим образом.

На фиг. 3 приведены температурно- частотные характеристики (ТЧХ) первого 2 и второго 4 кварцевых резонаторов f,(T ) и (1 ) с идентичными дз температурными коэффициентами, но с различными значени ми температур инверсии Тр и TQ, полученными при различных углах среза. Кривые ТЧХ имеют параболическую форму и охваты- вают диапазон температур от Т, до ,с, в котором обеспечиваетс температурна компенсаци . Принцип получени сигнала со стабильной частотой fo заключаетс в попеременном переключении с периодом t .на общий выход выходов первого 1 и второго 3 кварцевых автогенераторов, частоты выходных колебаний которых равны со1494194

ответствемис) f, и f. на врем соот- ветственис) { и f-,

Преимуществом такого решени вл етс то, что оно позвол ет получить сигнал с частотой f путем изменени длительности времени переключени , измен ющейс по линейному закону в зависимости от температуры. Частота f соответствует частоте выходных колебаний кварцевых автогенераторов 1 и 3 при температуре Т, при этом

Т,п

Toi-t-T

91

Однако датчик 8, выполненный, например , в виде терморезистора, имеет низкую долговременную стабильность частоты (так дл терморезисторов она приводит к оползанию его характеристики параллельно первоначальной со скоростью 0, в сутки. Поэтому, если невозможно вручную производить периодическую градуировку датчика 8, то необходимо автоматически корректировать сползание характеристики, при этом следует учесть, что скорость старени плохо поддаетс прогнозированию и, следовательно, не может быть смоделирована с достаточной степенью точности.

Датчик 8 может быть выполнен и с использованием кварцевых резонаторов. Однако в этом случае зависимость его выходного напр жени от температуры нелинейна и конструкци значительно усложн етс .

Поэтому датчик 8 вьшолнен в виде линейного датчика температуры, а его характеристика автоматически корректируетс с помощью кварцевых резонаторов 2, 4. Дл этого к вьгходу переключател 5 подключен делитель 15, на выходе которого формируютс импульсы с периодом С.

Управление переключателем 5 осуществл етс ждущим мультивибратором 14, который запускаетс с периодом 1 , а длительность О, импульса ждущего мультивибратора 14 линейно зависит от температуры. В качестве датчика 8 используетс любой датчик температуры с линейной характеристикой, например термометр сопротивлени , диод и другие. Аналоговый сигнал датчика 8 преобразуетс при помощи АЦП 9 в цифровой код, управл ющий длительностью импульса ждущего мультивибраТ ,п

Toi-t-T

91

Датчик 8 может быть выполнен и с использованием кварцевых резонаторов Однако в этом случае зависимость его выходного напр жени от температуры нелинейна и конструкци значительно усложн етс .

Управление переключателем 5 осуществл етс ждущим мультивибратором 14, который запускаетс с периодом 1 , а длительность О, импульса ждущего мультивибратора 14 линейно зависит от температуры. В качестве датчика 8 используетс любой датчик температуры с линейной характеристикой, например термометр сопротивлени , диод и другие. Аналоговый сигнал датчика 8 преобразуетс при помощи АЦП 9 в цифровой код, управл ющий длительностью импульса ждущего мультивибратор .-) 1 t . Д|г к()|)рек гирс Вки нро1еннп- г yxo/ia статической х рактеристики латчика 8 температуры от первоначальной примен ютс следующие меры. В момент включени формирователь 7 формирует импульс сброса регистров 10 и 11, поэтому на выходе вычитател 12 имеетс нулевой код, а на выходе сумматора 13 - выходной код АЦП 9. В мо мент, когда температура, окружающа кварцевые резонаторы 2 и 4, проходит через точку Т (фиг. 3) в первый газ на первом и втором выходах частотно- фазового компаратора 6 формируютс короткие импульсы, производ щие запись в регистры 10 и 11 выходного кода АЦП 9. В последующие моменты времени при равенстве частот и фаз колебаний кварцевых автогенераторов 1 и 3, т.е. есть при температуре Т, импульсы формируютс только на втором выходе частотно-фазового компаратора 6, что приводит к смене данных во втором регистре 11 на новые, при этом, если статическа характеристика датчика 8 сместилась параллельно первоначальной, с течением времени код, хран щийс в-втором регистре 11, не будет равен коду, хран щемус в первом регистре 10, поэтому код коррекции на выходе вычитател 12 посто нно прибавл етс к коду АЦП 9, компенсиру уход стати- ческой характеристики датчика 8.

;

Таким образом, так как температурна стабильность ТЧХ кварцевых резонаторов 2 и 4 намного выше стабильности статической характеристики датчика 8, в первый раз, когда темпера- тура Т становитс равной значению Т, запоминаютс показани датчика 8 преобразованные в цифровую форму, а затем, в последующие моменты времени име опорную точку, при Т „, опре- дел ют показани датчика 8 и корректируют их в соответствии с запомненным ранее значением так, чтобы разность показаний датчика 8 температуры в различные моменты времени при Т равна нулю.

Ждущий мультивибратор 14 запускаетс с периодом времени С , а длительность его импульса С, пропорциональна выходному коду сумматора 13. В течение действи этого импульса переключатель 5 подключает выход первого кварцевого автогенератора 1 на выход устройства, а в течение остального времени, вход щего в период с , т.е. в течение времени Vj , на выход устройства подключаетс выход второго кварцевого автогенератора 3. В момент включени сигнал Сброс проходит через элемент ИЛИ 20 на вход стробировани компаратора 19, запреща сравнение напр жений на его входах, поэтому на выходе последнего формируетс О (поскольку после включени наблюдаетс переходной процесс, во врем которого в один из моментов частоты и фазы колебаний могут быть равными, но это наблюдаетс не при температуре Т, а при температуре в момент включени , что приводит к ложной записи кодов в регистры 10 и 11). Импульс Сброс устанавливает триггер 23 в 1, В процессе работы, когда частоты f :| и f, не равны друг другу, на выходе частотного компаратора имеетс 1, компаратор 19 заперт по входу стробировани . Когда частоты f и f станов тс равными, на выходе частотного компаратора 17 формируетс О, который поступает также на вход стробировани компаратора 19, разреша сравнение сигналов на входах последнего, т.е. начинает работать кайал сравнени частот f и f по фазе, содержаЕций фазовый детектор 18 и компаратор 19. Когда фазы колебаний частот f, и f станов тс равными после -рого, как f, f, на выходе компаратора 19 формируетс перепад из О в 1, фиксирующий.равенство частот и фаз колебаний, на выходе формировател 21 формируетс импульс, производ щий запись информации во второй регистр 11. Этот импульс инвертируетс инвертором 22, следовательно , в момент формиров ани спада импульса на выходе форми ровател 21 триггер 23 устанавливаетс в О, поэтому на выходе элемента И 16 также формируетс импульс, длительность которого равна длительности импульса формировател 21. В первый регистр 10 производитс запись информации. Так как после переброса триггера 23 на его R-входе посто нно присутствует 1, все оставшеес врем работы с выхода элемента И 16 снимаетс О, а с выхода формировател 21 в моменты равенства частот и фаз колебаний снимаютс короткие импульсы, производ щие обновление данных во втором регистре 11.

Claims

Формула изобретени Кварцевый генератор с температурной компенсацией, содержащий первый и второй кварцевые автогенераторы, переключатель, выход которого вл ет с выходом кварцевого генератора с температурной компенсацией, а первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, и датчик температуры, отличающийс тем, что, с целью повышени долговременной стабильности частоты выходных колебаний, введены ждущий мультивибратор, выход которого подключен к управл ющему входу переключател , сумматор кодов, выходы которого поразр дно подключены к соответствующим входам управлени длительностью импульсов ждущего нуль тивибратора, делитель частоты, который включен между выходом переключател и входом запуска ждущего мультивибратора , вычитатель кодов, разр дный выход которого подключен к первому разр дному входу сумматора

5

10

15

20

25

кодов, первый регистр хранени , разр дный выход которого соединен с первым разр дным входом вычитател кодов , второй регистр хранени , разр дный выход которого соединен с вторым разр дным входом вычитател кодов, частотно-фазовый компаратор, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, а первый и второй выходы которого подключены к входам записи соответственно первого и второго регистров хранени , формирователь импульса сброса, выход которого подключен к установочным входам частотно-фазового компаратора , а также первого и второго регистров хранени , аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу датчика температуры, при этом выход аналого-цифрового преобразовател подключен к информационным входам первого регистра хранени , второго регистра хранени и к второму разр дному входу сумматора кодов.

«11.1

Редактор Л.Пчолинска

Составитель В.Рудай Техред Л.ОлийныкЗаказ 4129/55

Тираж 884

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

РЙ-

Корректор С .Шекмар

Подписное