专利名称：一种恒温晶体振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种恒温晶体振荡器。
背景技术：
恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator)是目前精确度和稳定度最高的晶体振荡器，具有老化率低、温度稳定性好、长期频率稳定度高等特点，因而被广泛应用于全球定位系统，通信、计量、遥测、遥控等对频率稳定度要求很高的场合。现有的恒温晶体振荡器，其温控电路大都采用分立元器件，因而体积很大，不便于实现电子器件的小型化。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种恒温晶体振荡器，该振荡器不仅体积小，且频率稳定度高、功耗低。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种恒温晶体振荡器，包括开关驱动电路、PID补偿网络、振荡电路、加热元件、恒温槽、感温电路及控温芯片ADN8830，控温芯片ADN8830与感温电路相接，以PWM脉宽调制方式输出一定占空比的方波到开关驱动电路，该占空比由PID补偿网络加以控制。
本实用新型的优点在于1.采用集成芯片ADN8830控温，其控温精度可达±0.01℃，具有控温精度高、集成度高、体积小等优点。
2.为了减小体积，振荡电路4采用专用的振荡芯片SM5021，它具有频率稳定度高，相位噪声小、功耗低等特点。
3.特别设计的恒温槽对加热元件、热敏电阻、谐振器三者相互位置从热匹配作了适当地安排，从而提高了恒温槽内温度稳定性。
4.本实用新型不仅体积小，而且频率稳定度高，其外形尺寸可达到25mm×25mm×15mm，频率温度特性小于±1×10-8(-40℃～+70℃)。
图1为本实用新型一种实施例的结构示意图。
图2为图1中的振荡电路图。
图3为图1中恒温槽的侧视图。
图4为图1中恒温槽的俯视图。
图5为图1中恒温槽的主视图。
图6为图1中的开关驱动电路图。
图7为本实用新型频率温度曲线图。
具体实施方式
为了提高控温精度，同时顺应电子器件小型化的发展趋势，必须改变传统的采用分立元器件的思路，选择新的控温方式并精心设计恒温槽结构。
由图1所示，本实用新型包括控温芯片ADN88301、开关驱动电路2、PID补偿电路3、振荡电路4、加热元件5、恒温槽6、感温电路7。上述加热元件5可为电阻丝或正温度系数热敏电阻PTC，在附图中，加热元件5以电阻丝为例，感温电路7以热敏电阻电桥为例。
控温芯片ADN88301与热敏电阻电桥相连接，并以PWM脉宽调制方式输出一定占空比的方波到开关驱动电路2，该占空比由PID补偿网络3加以控制。热敏电阻电桥中的热敏电阻RT所测物体的温度与设定的目标温度通过控温芯片ADN88301反馈到PID补偿网络3，得到PID控制量，控制加热电阻丝的加热功率，以达到控温的目的，从而提高振荡电路4输出频率的稳定性。
由于采用集成芯片ADN88301控温，控温精度可达±0.01℃，其高度集成化又使得外部电路简化，从而降低了功耗，提高了器件的可靠性，使之具有体积小，稳定度高等多种优点。
如图2所示，振荡电路4的接法可为，振荡芯片SM5021的XT端通过电容C2、变容二极管D1、电容C3和谐振器Y1接到XT端，XT端又通过电阻R3接到XT端，VSS端通过电容C1与控制电压VC相接，且通过电容C1、电阻R1接到电容C2与变容二极管D1之间，VDD端通过电容C4接地，且通过电阻R2接到变容二极管D1与电容C3之间。
为了减小体积，振荡电路4采用专用的振荡芯片SM5021，它具有频率稳定度高，相位噪声小、功耗低等特点。电路中Y1为38.88MHz AT切、五次泛音、金属壳封装谐振器。D1为变容二极管，通过控制其两端电压的变化来改变谐振器Y1的负载电容，以达到微调振荡频率的目的；R1、R2为限流电阻；C2、C3为隔直电容；C1、C4用来滤波，以减小电压波动对频率的影响，降低电源抖动干扰；反馈电阻R3用来调整振荡频率。电源电压为+5V，控制电压VC为-5～+5V，其调频是负向的。
如图3、图4、图5所示，恒温槽6可由槽体9及槽盖8构成，在槽体9内开有腔10，上述谐振器Y1置于腔10内，这样传热性和保温性能都较好，使得谐振器Y1内温度梯度小、温度较均匀。在槽体9一侧面开有槽11，感温电路7中的传感元件置于槽11内，使其处于良好的热接触状态。振荡电路4的电路板置于槽体9上，使振荡电路4的温度稳定性有很大改善。槽盖8与槽体9之间最好为密封。这样设计的恒温槽6对加热元件5，感温电路7中的传感元件，谐振器Y1三者相互位置从热匹配角度作了适当地安排，从而提高了恒温槽内温度稳定性。恒温槽可选择热容量大、传热性好的紫铜材料制作而成。
在本实用新型中，开关驱动电路2可采用现有的电路，现针对采用12V电压对加热元件5加热，而ADN8830控温芯片1能承受的电压是5V，因此采用如图6所示的开关驱动电路，其接法为，三极管Q1的基极通过电阻R3接+5V电源，发射极接芯片ADN8830的输出，集电极通过电阻R4、R6接到开关管P-MOS的G端，开关管P-MOS的S端接+12V电源，且S端通过电阻R5接到电阻R4与电阻R6之间，D端通过电阻R7反馈到芯片ADN8830，且D端通过加热元件5接地。
三极管Q1为NPN管可选用9013，P-MOS开关管可选用TPS1101。
以脉宽调制方式输出一定占空比的方波，该占空比由PID控制量决定，从而无需D/A转换芯片。当输出方波为低电平时，Q1和P-MOS同时导通，加热元件5加热，输出方波为高电平时，Q1和P-MOS都截止，加热元件5停止加热，因而改变PID控制参数，就可以调节加热功率，从而实现控温的目的。
由图7所示，本实用新型频率受温度因素的影响很小，频率稳定性高，频率温度特性小于±1×10-8(-40℃～+70℃)。
本实用新型的性能参数标称频率38.88MHz频温特性小于±1×10-8(-40℃～+70℃)老化特性小于±1×10-8/日、小于±1×10-6/年开机特性小于±1×10-7(通电后5分钟内，温度25℃)压控频偏6～9ppm工作电压12VDC外形尺寸25mm×25mm×15mm
权利要求1.一种恒温晶体振荡器，包括开关驱动电路、PID补偿网络、振荡电路、加热元件、恒温槽及感温电路，其特征在于它还包括控温芯片ADN8830(1)，控温芯片ADN8830(1)与感温电路(7)相连接，并以PWM脉宽调制方式输出一定占空比的方波到开关驱动电路(2)，该占空比由PID补偿网络(3)加以控制。
2.根据权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于上述振荡电路(4)的接法为振荡芯片SM5021的XT端通过电容C2、变容二极管D1、电容C3和谐振器Y1接到XT端，XT端又通过电阻R3接到XT端，VSS端通过电容C1与控制电压VC相接，且通过电容C1、电阻R1接到电容C2与变容二极管D1之间，VDD端通过电容C4接地，且通过电阻R2接到变容二极管D1与电容C3之间。
3.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器，其特征在于恒温槽(6)由槽体(9)及槽盖(8)构成，在槽体(9)内开有腔(10)，在槽体(9)一侧面开有槽(11)，上述谐振器Y1置于腔(10)内，感温电路(7)中的传感元件置于槽(11)内，振荡电路(4)的电路板置于槽体(9)上。
4.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器，其特征在于开关驱动电路(2)的接法为，三极管Q1的基极通过电阻R3接+5V电源，发射极接芯片ADN8830(1)的输出，集电极通过电阻R4、R6接到开关管P-MOS的G端，S端接+12V电源，且S端通过电阻R5接到电阻R4与电阻R6之间，开关管P-MOS的D端通过电阻R7反馈到芯片ADN8830(1)，且D端通过加热元件(5)接地。
5.根据权利要求3所述的晶体振荡器，其特征在于开关驱动电路(2)的接法为，三极管Q1的基极通过电阻R3接+5V电源，发射极接芯片ADN8830(1)的输出，集电极通过电阻R4、R6接到开关管P-MOS的G端，S端接+12V电源，且S端通过电阻R5接到电阻R4与电阻R6之间，开关管P-MOS的D端通过电阻R7反馈到芯片ADN8830(1)，且D端通过加热元件(5)接地。
专利摘要本实用新型公开了一种恒温晶体振荡器，特点是采用了新的控温方式和恒温槽结构。采用集成芯片ADN8830控温，它以PWM脉宽调制方式输出一定占空比的方波到开关驱动电路，该占空比由PID补偿电路加以控制，从而控制加热电阻丝的加热功率，以达到控温的目的。恒温槽由槽体及槽盖构成，电阻丝缠绕在恒温槽上，在槽体内开有腔，腔内放置谐振器Y
文档编号H03B5/32GK2664287SQ20032011557
公开日2004年12月15日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者于军, 高俊雄, 刘刚, 王耘波, 周文利, 谢基凡, 伍晓芳 申请人:华中科技大学