高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振，包括一晶振，其連接頻率輸出電路，設(shè)有測(cè)溫電路、單片機(jī)、溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓變換電路；溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、測(cè)溫電路分別與單片機(jī)輸入端連接；單片機(jī)包含方波模塊，單片機(jī)用于采用同步算法控制測(cè)溫電路與晶振的溫度在變化速度和精度上保持一致，單片機(jī)的方波輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓變換電路與晶體震蕩器的溫度補(bǔ)償輸入端連接。本實(shí)新型解決溫度傳感器與晶體感應(yīng)的溫度變化在速度和精度上不完全一致的問題。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及晶振，特別涉及高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振(以下簡(jiǎn)稱新型 MCXO)。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有技術(shù)中晶振的頻率-溫度特性如下沒有采用任何補(bǔ)償措施的晶振，其頻 率-溫度特性玉要由石英晶體諧振器(以下簡(jiǎn)稱晶體)本身的頻率-溫度特性決定上。晶體 的諧振頻率隨環(huán)境溫度變化的特性方程可寫為Δ f/f0= (f-f0) /f0=a0 (T-TO) +b0 (T-TO)2 +b0 (T-TO)3 式中T 為任一溫度，TO 為 參考溫度，fo為TO時(shí)的頻率，f為T時(shí)的頻率a0、b0、c0為參考溫度TO時(shí)的一級(jí)、二級(jí)、三 級(jí)頻率溫度系數(shù)，它與石英晶片的方位及震動(dòng)形式有關(guān)。由此可見，頻率-溫度特性是晶體 的固有特性，呈現(xiàn)三次曲線關(guān)系，在相同的環(huán)境溫度下，晶體具有的固有諧振頻率是可以重 復(fù)出現(xiàn)的，頻率重現(xiàn)性誤差很小。現(xiàn)有技術(shù)中的溫度補(bǔ)償式晶振(以下簡(jiǎn)稱TCX0)，一般由 晶體封裝、溫度補(bǔ)償電路、外部端子、溫度補(bǔ)償元件、用于覆蓋板表面的樹脂模鑄部份等。但 是現(xiàn)在有TCXO由于受所采用的溫度補(bǔ)償電路本身的限制，其補(bǔ)償精度不高。目前也出現(xiàn)了 軟件補(bǔ)償式晶振，例如一種通過采集晶體的當(dāng)前溫度的測(cè)量和記錄與真實(shí)頻率偏移的測(cè)量 數(shù)據(jù)，然后以該數(shù)據(jù)為依據(jù)用來產(chǎn)生一個(gè)九階多項(xiàng)式，再依據(jù)其描述晶體隨溫度的頻率漂 移，在本地參考振蕩器未鎖定時(shí)的接初始化期間，測(cè)量環(huán)境溫度并用來索引該九階多項(xiàng)式 以估算實(shí)際的晶體頻率。但是這種方法對(duì)于設(shè)備及程序的要求均較高，體積大在，算法也 較為落后，并不能解決溫度傳感器與晶體片感應(yīng)的溫度變化在速度和精度上不完全一致的 問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)目的是解決了現(xiàn)在有溫度傳感器與晶片感應(yīng)的溫度變化在速度和精 度上不完全一致的技術(shù)不足，提供一種內(nèi)置有高速的頻率自動(dòng)采集電路、使晶體和傳感器 的溫度變化能夠同步的新型MCX0。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述目的，所提供的技術(shù)方案是一種高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振，包括一晶振，其頻率輸出端連接一頻率輸出電 路；所述溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、測(cè)溫電路分別與單片機(jī)輸入端連接；單片機(jī)包含PWM方 法模塊，單片機(jī)用于采用同步算法控制測(cè)溫電路與晶振的溫度在變化速度和精度上保持一 致，單片機(jī)的PWM方波輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓變換電路與晶體震蕩器的溫度補(bǔ)償輸入 端連接。所述溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為預(yù)先測(cè)試好存儲(chǔ)的溫度電壓對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的EEPROM存 儲(chǔ)器。所述晶振為壓控晶振(以下簡(jiǎn)稱VCX0)，由反相器、三極管或?qū)Ｓ谜袷幮酒瑯?gòu)成。所述在頻率輸出電路中包含放大電路、整形輸出電路，單片機(jī)頻率輸出端經(jīng)放大電路連接整形輸出電路。所述設(shè)一通訊輸入線及接口，其連接單片機(jī)的通訊端口與測(cè)試設(shè)備。所述電壓輸入線經(jīng)另一電壓變換器與晶振的電壓輸入端連接。所述MCXO依據(jù)的原理如下由于頻率-溫度特性是晶體的固有特性，在相同的環(huán) 境溫度下，晶體具有的固有諧振頻率是可以重復(fù)出現(xiàn)的，頻率重現(xiàn)性誤差很小，設(shè)計(jì)優(yōu)良的 電路，一般可以達(dá)到±0.01ppm。新型MQCO工作時(shí)，在任一溫度點(diǎn)上都給出一個(gè)固定的補(bǔ)償 值，就可以將MCXO的輸出頻率校準(zhǔn)到中心頻率，獲得優(yōu)良的頻率-溫度特性。根據(jù)晶體的 上述特性，我們可以模擬新型MCXO的實(shí)際工作環(huán)境溫度，在不同的溫度點(diǎn)下測(cè)試出需要的 補(bǔ)償電壓，然后計(jì)下這一對(duì)溫度電壓數(shù)據(jù)。通過計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在全溫度范圍內(nèi)我們一般 以1-5C做為一個(gè)測(cè)試溫度間隔，在低溫和高溫段間隔較密，采集20-40對(duì)溫度-電壓數(shù)據(jù)， 形成補(bǔ)償數(shù)據(jù)表，測(cè)試結(jié)束后將數(shù)據(jù)表寫入存儲(chǔ)器內(nèi)即為新型MQCO成品。本技術(shù)的工作原理是本技術(shù)提供的新型MQCO采用微處理器作為核心控制器件，對(duì)晶振的頻率-溫 度特性進(jìn)行補(bǔ)償。工作時(shí)高精度數(shù)字溫度傳感器能夠精確感覺環(huán)境溫度，微處理器讀取該 數(shù)字溫度值，在預(yù)先測(cè)試好并存儲(chǔ)于EEPROM中的溫度-電壓數(shù)據(jù)表中查找相應(yīng)的數(shù)字電壓 數(shù)據(jù)，能過擬合算法，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和電壓變換后輸出模擬電壓，控制MCXO的輸出頻率，并 通過單片機(jī)軟件的同步算法控制數(shù)字溫度傳感器與晶體片的溫度在變化速度和精度上保 持一致，從而使MCXO具有優(yōu)良的頻率溫度特性，能更廣泛地適應(yīng)環(huán)境溫度以及開機(jī)即用的 的要求。通過配套開發(fā)的新型MCXO測(cè)試儀器，與MCXO通信接口配合，可以使其實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?生產(chǎn)。本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果由于本技術(shù)采用高速的頻率自動(dòng)采集電路對(duì)MCXO開機(jī)2分鐘內(nèi)的開機(jī)特性 曲線進(jìn)行描繪，經(jīng)過分段算法，然后在擬合數(shù)據(jù)表的特定區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)擬合信息對(duì)其開機(jī)2 分鐘內(nèi)的頻差進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)償，解決了溫度傳感器與晶片感應(yīng)的溫度變化在速度和精度上 不完全一致的問題。本技術(shù)還通過優(yōu)良的補(bǔ)償算法突破了以往學(xué)術(shù)界普遍公認(rèn)的溫 度補(bǔ)償極限，可以大幅度提高補(bǔ)償精度，比TCXO的補(bǔ)償精度提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)(TCX0其理 論極限為土lppm)，可以達(dá)到土0. Ippm 土0. 03ppm。MCXO的工作電壓可以達(dá)到3. 3V甚至更 低，而對(duì)其補(bǔ)償精度不會(huì)有更大的影響。只要選擇寬溫的數(shù)字器件，補(bǔ)償溫度范圍達(dá)巧5 125。附圖說明圖1是高精度軟同步數(shù)字溫度晶振的原理框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本技術(shù)的實(shí)施 方式不限于此。如圖1所示的實(shí)施例，本技術(shù)包括一壓控晶振，其頻率輸出端連接一頻率輸 出電路，設(shè)有一測(cè)溫電路、一單片機(jī)、一溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一電壓變換 電路。所述溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、測(cè)溫電路分別與單片機(jī)輸入端連接。單片機(jī)用于采用同 步算法控制測(cè)溫電路與壓控晶振的溫度在變化速度上和精度上保持一致。單片機(jī)包含PWM方波模塊。溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為預(yù)先測(cè)試好并存儲(chǔ)的電壓對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器。 單片機(jī)的PWM方波輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓變換電路與壓控晶體震蕩器的溫度補(bǔ)償輸入 端連接。在頻率輸出電路中包含放大電路、整形輸出電路，單片機(jī)頻率輸出端經(jīng)放大電路連 接整形輸出電路。電壓輸入線要經(jīng)另一電壓變換器與壓控晶振的電壓輸入端連接。設(shè)一通 訊輸入線及接口，其連接單片機(jī)的通訊端口與測(cè)試設(shè)備。本實(shí)施例提供的高精度、軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振，由依次相連的測(cè)溫電路、8們或8 位以上的單片機(jī)、濾波電路和VQCO組成，單片機(jī)向?yàn)V波電路輸出PWM方波，濾波電路向壓控 晶振輸出直流控制電壓。測(cè)溫電路可采用數(shù)字傳溫傳感器，VCXO可以由反相器、三極管或 專用振蕩芯片構(gòu)成。本項(xiàng)目生產(chǎn)成品率高、可生產(chǎn)性好、有外部通信接口 ；能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng) 調(diào)試和校準(zhǔn)；生產(chǎn)成本低；產(chǎn)品可靠性好。還可使用批量在線編程方式對(duì)MQCO進(jìn)行頻率和 參數(shù)微調(diào)，全自動(dòng)、大批量、高速地校準(zhǔn)MCX0。正常工作時(shí)，MQCO通過循環(huán)采集環(huán)境溫度，在數(shù)據(jù)表中查找相應(yīng)的溫度電壓數(shù)據(jù)， 通過擬合算法，算出應(yīng)該數(shù)據(jù)的補(bǔ)償電壓，由于晶體溫度曲線的固有重現(xiàn)性，MCXO就可以在 全溫度范圍內(nèi)將其輸出頻率校準(zhǔn)在中心頻率上，達(dá)到良好的頻率溫度特性。我們選用高速的頻率自動(dòng)采集系統(tǒng)對(duì)MCXO開機(jī)2分鐘的開機(jī)特性曲線進(jìn)行描繪， 經(jīng)過分段算法，然后在擬合數(shù)據(jù)表的特定區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)擬合信息對(duì)其開機(jī)2分鐘內(nèi)的頻差進(jìn) 行針對(duì)性補(bǔ)償，達(dá)到問題的解決。新型MCXO在理論上突破了以往學(xué)術(shù)界普遍公認(rèn)的溫度補(bǔ)償極限，按照通常的理 論，采用模擬器件補(bǔ)償方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
率輸出電路，其特征在于：設(shè)有一測(cè)溫電路、一單片機(jī)、一溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一電壓變換電路；所述溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、所述測(cè)溫電路分別與單片機(jī)輸入端連接；所述的單片機(jī)包含方波模塊，單片機(jī)用于采用同步算法控制測(cè)溫電路與所述晶振的溫度在變化速度和精度上保持一致，單片機(jī)的方波輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、所述電壓變換電路與晶體震蕩器的溫度補(bǔ)償輸入端連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.率輸出電路，其特征在于設(shè)有一測(cè)溫電路、一單片機(jī)、一溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一電壓變換電路；所述溫度電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、所述測(cè)溫電路分別與單片機(jī) 輸入端連接；所述的單片機(jī)包含方波模塊，單片機(jī)用于采用同步算法控制測(cè)溫電路與所述 晶振的溫度在變化速度和精度上保持一致，單片機(jī)的方波輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、所述電壓 變換電路與晶體震蕩器的溫度補(bǔ)償輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償晶振，其特征為所述溫度電壓數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊為預(yù)先測(cè)試好并存儲(chǔ)的溫度電壓對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度軟同步數(shù)字補(bǔ)償...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：饒棣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東莞市金振電子科技有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：44