本發明專利技術提出的一種具有高精度的微機補償表貼溫補晶振，微機補償電路中集成有數據及程序存儲電路、溫度測試電路和補償電壓產生電路，微機補償電路中溫度傳感器通過數模轉換器相連于微處理器(MCU)，溫度傳感器測試出VCXO的溫度信號，ADC將產生的模擬溫度電壓信號轉換成數字信號反饋給MCU，MCU將該數據與帶入MCU內的多次曲線方程式中，計算出與當前溫度值對應的補償電壓的數據，DAC再將計算出的電壓值轉換為模擬電壓信號，經濾波器(LPF)濾去低頻干擾信號后送入VCXO的壓控調諧端，實現對VCXO輸出頻率的高低溫補償。本發明專利技術將整個電路集成在一個專用芯片內不僅解決了溫補晶振在高低溫條件下的精確補償問題，也解決了溫補晶振電路的集成化設計問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種主要用于全球定位系統(GPS)定位、電臺、雷達等通訊設備中，具 有高精度的微機補償表貼溫補晶振，更具體地說，本專利技術涉及高穩時基的具有高精度的微 機補償表貼溫補晶振。
技術介紹
現有技術中，溫補晶體振蕩器可分為模擬溫補晶振和數字溫補品振。溫補晶振電 路主要由振蕩電路和補償電路組成。前者與晶體諧振器共同組成一個壓控晶體振蕩器，后 者則提供準確的補償電壓值，補償電壓改變壓控振蕩器當前的輸出頻率，把輸出頻率隨溫 度變化控制在一個很小的誤差內。由于AT切型品體諧振器的振蕩頻率在整個寬溫范圍內(_55°C +85°C )頻率偏 移較少(頻率偏移在士20ppm以內)，并且頻率與溫度的關系呈近似的三次函數關系，所以 溫補晶體振蕩器(TCXO) —般均采用對AT切晶體的頻率-溫度特性曲線進行補償。該補 償是用一個與晶體諧振器串聯的變容二極管作調頻電容，其兩端受補償電路產生的電壓控 制，使變容二極管電容變化，改變晶體諧振器負載電容，從而使晶體諧振器的振蕩頻率發生 改變。由于補償電壓帶來的頻率偏移恰好可以抵消由溫度變化所引起的頻率漂移，使得振 蕩器頻率在寬溫度范圍內相對穩定，達到溫度補償的目的。現有技術溫補晶振補償通常有三種方法。一是使用熱敏電阻網絡產生補償電壓對晶振頻率進行補償。選用負溫度系數的熱 敏電阻與固定電阻一起構成電阻補償網絡(主要有Γ型、橋式網絡等)，產生一個隨溫度變 化的二次或三次曲線電壓信號，實現對晶振頻率-溫度特性曲線的補償。該方法的不足之 處是只能實現二次或三次頻率-溫度特性曲線的補償，且補償電壓曲線受補償電路形式的 限制，不能實現高精度的補償。同時，晶振電路無法小型化、集成化，并且調試較困難，不易 于批量化生產。二是使用數字電路進行晶振頻率的補償。數字溫度補償晶體振蕩器(DTCXO)，一直 以來由于體積大、功耗大、成本高而使其應用范圍受到了很大的限制。數字溫補晶振的“頻 率一溫度穩定度” 一般在10_7量級(_40°C 70°C )。數字溫補晶振通常選用EEPROM存儲 器，將補償電壓值通過查表的方式，發送給數模轉換器(DAC)，從而壓控晶振頻率，對晶振頻 率進行補償。該方法雖然可以實現多次頻率溫度曲線的補償，但由于受數字電路精度影響， 補償電壓不連續且有抖動，對晶振的相位噪聲指標惡化嚴重。對于傳統的微機補償晶體振 蕩器(MCXO)同樣也存在體積大，精度不夠，相位噪聲指標不高等不足之處，且性能的穩定、 可靠性和成品率都不高。三是使用國外進口集成溫度晶振專用芯片。目前，為適應晶體振蕩器小型化、數 字化、集成化的發展趨勢，國外已實現由傳統的裸金屬外殼向覆塑料金屬和陶瓷封裝轉變， 采用SMD封裝形式的溫補品振，其外形尺寸大大地縮小。這種集成芯片采用了數模混合電 路的溫度補償技術。該補償技術雖然可以實現晶振小型化設計，降低了產品功耗，但由于其補償電壓仍然由模擬電路產生，補償電壓曲線受模擬電路形式和工藝的限制，一般只能 產生3次方的補償電壓曲線，晶振的頻率-溫度穩定度指標不高(一般在士0. 5 X ΙΟ"6 士 1 X IO"6)，溫度范圍最寬在-30°C 85°C。
技術實現思路
本專利技術的任務是提出一種小型化，功耗低，基于集成化微機補償電路可以產生多 次方補償電壓曲線，在寬溫范圍內有很高頻率-溫度穩定度的微機補償表貼溫補晶振。本專利技術的上述目的可以通過以下措施來達到，本專利技術提供的一種具有高精度的微 機補償表貼溫補晶振，至少包括，被集成在一個芯片內的微機補償電路、壓控晶體振蕩電路 和微機補償程序部件，其特征在于在所述微機補償電路中集成有一個用于與調試系統進 行數據傳輸的串口通訊電路、數據及程序存儲電路、溫度測試電路和補償電壓產生電路，該 微機補償電路連接在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調諧端，溫度傳感器通過數模轉換器 (ADC)相連于微處理器(MCU)，溫度傳感器測試出VCXO的溫度信號，ADC將產生的模擬溫度 電壓信號轉換成數字信號反饋給MCU，MCU將該數據帶入MCU內的多次曲線方程式中，計算 出與當前溫度值對應的補償電壓的數據，DAC再將計算出的電壓值轉換為模擬電壓信號， MCU再把轉換成的補償電壓發送至模數轉換器(DAC)，經濾波器(LPF)濾去低頻干擾信號后 送入VCXO的壓控調諧端，實現對VCXO輸出頻率的高低溫補償。本專利技術相比于現有技術具有如下有益效果本專利技術在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調諧端接入高精度的微機補償電路，在 晶振補償電路中使用微處理器MCU對晶振補償參數進行處理，通過MCU控制高精度的ADC 采集當前溫度值，并通過MCU計算出當前的補償電壓值，MCU將補償電壓至發送至高精度的 DAC以控制壓控晶體振蕩器的輸出頻率，實現對晶振頻率在高低溫下精確補償，實現的溫補 晶振補償精度高、線性度高、一致性及穩定性好。本專利技術通過MCU可以對晶振的高低數據進行精確擬合，擬合次數不僅限于3次曲 線，也可以實現4次、5次、6次、7次曲線的擬合，調試系統通過對調試數據進行分析找出最 佳的曲線次數，并將最佳的溫度特性參數發送至晶振的微機補償電路并存儲在EEPROM中， 解決了傳統補償電路補償曲線次數不易更改的問題，使得曲線擬合靈活多變。實驗證明，精 確的曲線擬合可以大大提高晶振在高低溫下的補償精度。本專利技術通過整個微機補償電路和晶體振蕩電路的集成化設計和軟件與簡單硬件 電路的配合，將微機補償電路和壓控晶體振蕩電路集成在一個專用芯片內，節約了系統所 需的大量硬件電路。集成后的專用高精度微機補償晶振芯片的面積約為2. OmmX2. Omm0因 此能夠在7. OmmX 5. OmmX 2. Omm的小體積內，實現高精度微機補償晶振的小型化和表貼化 設計，解決了傳統的微機補償晶振體積大的問題。在不影響晶體振蕩器相位噪聲的基礎上， 可將晶振的頻率-溫度穩定度控制在士0. ^X10_6(-40°C +85°C )的范圍內，部分產品補 償后的頻率-溫度穩定度可優于士0. 1X10_7。同時，集成化設計也極大地降低了晶振的功 耗。與傳統微機補償晶體振蕩器(MCXO)相比，本專利技術具有集成化程度高，體積小，功耗低， 造價低，開機預熱時間短等優點。通過微機補償電路中的串口通訊電路實現了對晶振的在線自動化調試，調試系統 對晶振頻率的調試精度可以達到10_9 10_1(1量級，同時采用多路晶振信號切換技術可以同時完成500只左右的高精度微機補償晶振的高低溫在線調試。本專利技術不僅解決了溫補晶振在高低溫條件下的精確補償問題，也解決了高精度 微機補償晶振電路的集成化設計問題。集成芯片采用了 0. 25um工藝，內部集成了 MCU、 EEPR0M、R0M、RAM、ADC、DAC、溫度傳感器、VQCO振蕩電路、時鐘電路、線性穩壓電路。由于芯 片內部集成了性能優良的線性穩壓電路，晶振的可以在DC+2. 8V DC+5. 5V的電壓范圍內 正常工作。芯片內部微機補償電路和VCXO電路的“電源”和“地”在設計工藝上進行了隔離 設計，極大地降低了數字和模擬系統相互之間的干擾，同時芯片對DAC輸出的補償電壓也 做了濾波處理，使得晶振的相位噪聲指標可以達到-135dBc/HZ@lkHZ (以IOMHz晶振為例)。附圖說明圖1是本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有高精度的微機補償表貼溫補晶振，至少包括，被集成在一個芯片內的微機補償電路、壓控晶體振蕩電路和微機補償程序部件，其特征在于：在所述微機補償電路中集成有一個用于與調試系統進行數據傳輸的串口通訊電路、數據及程序存儲電路、溫度測試電路和補償電壓產生電路，該微機補償電路連接在壓控晶體振蕩器（ＶＣＸＯ）的壓控調諧端，溫度傳感器通過數模轉換器（ＡＤＣ）相連于微處理器（ＭＣＵ），溫度傳感器測試出ＶＣＸＯ的溫度信號，ＡＤＣ將產生的模擬溫度電壓信號轉換成數字信號反饋給ＭＣＵ，ＭＣＵ將該數據帶入ＭＣＵ內的多次曲線方程式中，計算出與當前溫度值對應的補償電壓的數據，ＭＣＵ再把轉換成的補償電壓發送至模數轉換器（ＤＡＣ），ＤＡＣ再將計算出的電壓值轉換為模擬電壓信號，經濾波器（ＬＰＦ）濾去低頻干擾信號后送入ＶＣＸＯ的壓控調諧端，實現對ＶＣＸＯ輸出頻率的高低溫補償。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：汪靖濤，
申請(專利權)人：成都天奧電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：90
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