一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，该方法包括测量未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线；测量参考热敏电阻的电阻温度特性；根据未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线和参考热敏电阻的电阻温度特性，计算和优化温度补偿网络参数值；根据计算和优化的温度补偿网络参数值，选取匹配的元件，组建温度补偿网络；利用温度补偿网络对晶体振荡器进行温度补偿，并测试补偿后的晶体振荡器频率温度特性。本发明所述方法有效改善了温度补偿晶体振荡器温度补偿的效果，尤其是在较宽工作温度范围内的温度补偿效果，提高了温度补偿的一次成功率和温度补偿晶体振荡器可靠性，降低了生产成本和温度补偿晶体振荡器的调试复杂度，提高了生产效率。
【专利说明】一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温度补偿方法，特别是一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法。
【背景技术】
[0002]模拟温度补偿晶体振荡器因其质优价廉的特性广泛应用于通信、导航、卫星等多个领域。在恶劣的环境条件下，工作温度范围超过_30°C?+60°C，而频率温度稳定性要求达到±1X10_6时，一般首次安装温度补偿网络后，还需再经过两次到三次的补偿网络参数调节才能使晶体振荡器的频率温度稳定性满足指标要求，即造成元器件浪费，又延长生产周期。
[0003]因此，需要提供一种既能够补偿准确，又能快速补偿的一种模拟温度补偿晶体振荡器补偿方法。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，以解决模拟晶体振荡器温度补偿一次成功率低，温度补偿网络需要多次调节的问题，从而降低生产成本、提高生产效率。
[0005]为解决上述问题本发明提供一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，该方法包括
[0006]测量未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线；
[0007]测量参考热敏电阻的电阻温度特性；
[0008]根据未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线和参考热敏电阻的电阻温度特性，计算和优化温度补偿网络参数值；
[0009]根据计算和优化的温度补偿网络参数值，选取匹配的元件，组建温度补偿网络；
[0010]利用温度补偿网络对晶体振荡器进行温度补偿，并测试补偿后的晶体振荡器频率温度特性。
[0011]优选的，所述温度补偿网络参数包括多个固定电阻和多个热敏电阻
[0012]优选的，所述电压温度曲线通过调节晶体振荡器中变容二极管的控制电压，使晶体振荡器在不同温度点下的频率达到标称值，获得未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线。
[0013]优选的，所述电阻温度特性通过将连有参考热敏电阻的测试电路放入温箱中，通过在不同温度下测量参考热敏电阻的电阻值，获得参考热敏电阻的电阻温度特性。
[0014]优选的，所述测试电路为与温度补偿网络相同的电路结构，所述测试电路中的固定电阻在0Ω至1ΜΩ范围内取值。
[0015]优选的，所述温度补偿网络参数值的计算和优化方法包括
[0016]根据温度补偿网络中待优化固定电阻以及待选热敏电阻建立温度补偿网络随温度变化的电压函数；[0017]待选热敏电阻利用模型Rλ =、进行计算，其中K(R，B)为与参考热敏电阻的额定阻值R和常数B相关的比例系数，Rcun为参考热敏电阻的实测值，N为温度测试点数，Rixn和$「1>:、.均为N维行向量；
[0018]利用所述未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线数据值和所述电压函数求方差，以获得目标函数Λ ;
[0019]利用遗传算法，对目标函数进行多次迭代，当目标函数Λ小于允许的误差或设定的最大迭代次数时，迭代终止；
[0020]获得待优化的固定电阻及热敏电阻的优化值。
[0021]本发明中采用非传统热敏电阻的选取方法，并且利用优化算法计算温度补偿网
络中固定电阻的阻值，有效改善了温度补偿晶体振荡器温度补偿的效果，尤其是在较宽工
作温度范围内的温度补偿效果，提高了温度补偿的一次成功率和温度补偿晶体振荡器可靠
性，降低了生产成本和温度补偿晶体振荡器的调试复杂度，提高了生产效率，增大了经济效Mo
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1示为一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法流程图；
[0023]图2示为温度补偿晶体振荡器温度补偿原理框图；
[0024]21、温度补偿网络，22、振荡电路，23、变容二极管；
[0025]图3示为温度补偿网络电路原理图；
[0026]31、节点 1，32、节点 2，33、节点 3，34、节点 4，35、节点 5 ；
[0027]图4示为本发明根据温度补偿网络构建的温度补偿网络示意图；
[0028]41、节点1，42、节点2，43、节点3，44、节点4，45、节点5 ;46、节点6，47、节点7 ；
[0029]图5不为优化算法流程图；
[0030]图6_a示为补偿前晶振的频率温度稳定性示意图；
[0031]图6_b示为利用传统方法和本发明方法进行温度补偿后晶振的频率温度稳定性实例比对图；
[0032]图7示为利用本发明方法计算的热敏电阻值、传统方法计算的热敏电阻值和测试热敏电阻值比对图。
【具体实施方式】
[0033]本发明提供一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，该方法包括测量未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线(SI);测量参考热敏电阻的电阻温度特性(S2);根据未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线和参考热敏电阻的电阻温度特性，计算和优化温度补偿网络参数值(S3);根据计算和优化的温度补偿网络参数值，选取匹配的元件，组建温度补偿网络(S4);利用温度补偿网络对晶体振荡器进行温度补偿，并测试补偿后的晶体振荡器频率温度特性(S5)。
[0034]下面根据附图对本发明做进一步描述。[0035]实施例1
[0036]将晶体振荡器放入温箱中，调节晶体振荡器中变容二极管(23)的控制电压，使晶体振荡器的频率在各个温度点下均达到标称值，记录各个温度点下的控制电压值，形成未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线数据。
[0037]参考热敏电阻采用在线测试方法，参考热敏电阻测试电路采用与温度补偿网络相似的形式。如图3所示，该测试电路的输入端施加固定电压Vz，并选择低、中阻值的热敏电阻作为参考热敏电阻分别连接在温度补偿网络中R5、R7和R4的位置。在热敏电阻在线测试过程中，可以先在温度补偿网络中固定电阻和热敏电阻的允许范围内粗略选定进行在线测试。本发明所述测试电阻中R5和R7采用几百kQ的中阻值热敏电阻，R4采用几kQ的热敏电阻，Rl选取0Ω~几百Ι?Ω，R2、R3和R8选取几百kQ，R6选取几kQ~几十Ι?Ω。将测试电路放入温箱中，在各个温度点下记录节点I (31)、节点2 (32)、节点3 (33)、节点4 (34)和节点5 (35)的电压值，利用测量得到的节点电压值，根据基尔霍夫定律计算得到参考热敏电阻的电阻温度特性，即参考热敏电阻值的电阻温度特性数据。
[0038]为了增强温度补偿网络的补偿能力，本发明在温补网络计算中使用图4所示电路，电路中R5和R7的位置再分别串联一个固定电阻。
[0039]利用未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线数据，以及参考热敏电阻的电阻温度特性数据对温度补偿网络固定电阻和热敏电阻优化步骤如下:
[0040]第一步，选定优化参数，给定参数初始值(S6)，本实施例中仅以温度补偿网络中的固定电阻为待优化变量，将热敏电阻作为半已知量(半已知量:实际补偿过程中允许选取的热敏电阻的阻值范围内随机选定一个低阻值和两个中阻值热敏电阻)。本发明中待选热敏电阻的计算模型与常规热敏电阻模型不同，常规热敏电阻选取利用一阶近似公式:
R = R0eB(^，其中R0为热敏电阻额定阻值，B为材料常数，本发明中利用的热敏电阻计
算模型为=其中K(R，B)为与参考热敏电阻的额定阻值R和
常数B相关的比例系数R、v为参考热敏电阻的实测值，N为测量参考热敏电阻时，温度测
试点数，Rixn和均为N维行向量。利用本发明中所述计算热敏电阻模型在计算过程中可以消除一阶近似模型中的误差，提高温度补偿的一次成功率；将半已知电阻按照本发明采用的热敏电阻模型建模R = K(RDo,BD,RCi,Bc)RCuN，其中Rd。和Bd为初始选
取热敏电阻的特性常数，Rco和R。为参考热敏电阻的特性常数，& (~,^Bn,RCo,Bc )为与
初始选取热敏电阻以及参考热敏电阻的特性常数相关的比例系数。将温度补偿网络中的固定电阻作为优化参数X，并给予初始值。
[0041]第二步，构建目标函数，根据初始化的固定参数值和热敏电阻值建立电压函数，图4中所示V1点的电压为v21xn = [β1,β2,...βn]，其中
【权利要求】
1.一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:该方法包括 测量未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线； 测量参考热敏电阻的电阻温度特性； 根据未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线和参考热敏电阻的电阻温度特性，计算和优化温度补偿网络参数值； 根据计算和优化的温度补偿网络参数值，选取匹配的元件，组建温度补偿网络； 利用温度补偿网络对晶体振荡器进行温度补偿，并测试补偿后的晶体振荡器频率温度特性。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:所述温度补偿网络参数包括多个固定电阻和多个热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:所述电压温度曲线通过调节晶体振荡器中变容二极管的控制电压，使晶体振荡器在不同温度点下的频率达到标称值，获得未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:所述电阻温度特性通过将连有参考热敏电阻的测试电路放入温箱中，通过在不同温度下测量参考热敏电阻的电阻值，获得参考热敏电阻的电阻温度特性。
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:所述测试电路为与温度补偿网络相同的电路结构，所述测试电路中的固定电阻在0Ω至1ΜΩ范围内取值。
6.根据权利要求1所述的一种用于模拟温度补偿晶体振荡器的温度补偿方法，其特征在于:所述温度补偿网络参数值的计算和优化方法包括 根据温度补偿网络中待优化固定电阻以及待选热敏电阻建立温度补偿网络随温度变化的电压函数； 待选热敏电阻利用模型-Mun =夂、进行计算，其中K(R，B)为与参考热敏电阻的额定阻值R和常数B相关的比例系数，Rc为参考热敏电阻的实测值，N为温度测试点数，Rixn和均为N维行向量； 利用所述未补偿的晶体振荡器的电压温度曲线数据值和所述电压函数求方差，以获得目标函数Λ ； 利用遗传算法，对目标函数进行多次迭代，当目标函数△小于允许的误差或设定的最大迭代次数时，迭代终止； 获得待优化的固定电阻及热敏电阻的优化值。
【文档编号】H03L1/02GK103716042SQ201310739925
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】韩艳菊, 杨科, 郑红耀, 于德江 申请人:北京无线电计量测试研究所