专利名称：高频低相噪晶体振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及晶体振荡器技术领域，更具体地涉及ー种适用于广播电台基站的闻频低相噪晶体振荡器。
背景技术：
当前同类型晶振的实现方式有数字倍频技术和VCO锁相技术，这两种技术最大的缺点是相位噪声高，另外，本类型晶振一般用于广播电台的倍频，因此要求输出的二次谐波幅度要足够的高，而上述两种技术的直接输出幅度一般不能满足要求，需要增加模拟放大环节，而这又会增加数模干扰，进ー步提高了相位噪声。鉴于此，有必要提供ー种相位噪声低的高频晶体振荡器以适用于广播电台基站。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种适用于广播电台基站的高频低相噪晶体振荡器。为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为提供一种高频低相噪晶体振荡器，其包括连接至外部供电电源的稳压电路、可产生初始频率信号的起振电路、可对所述频率信号进行倍频和增幅的模拟倍频电路以及可校正波形放大输出幅度的整形放大电路，所述稳压电路包括第一级稳压源、第二级稳压源及第三级稳压源，所述第一级、第二级和第三级稳压源分别为所述起振电路、模拟倍频电路及整形放大电路供电，所述起振电路、模拟倍频电路和整形放大电路依次相连。其进ー步技术方案为所述起振电路包括晶体三极管、晶体及谐波抑制网络，所述第一级稳压源连接至所述晶体三极管，所述晶体三极管与所述晶体和谐波抑制网络相连，由所述晶体产生的初始频率信号从晶体三极管的集电极输出。其进ー步技术方案为所述谐波抑制网络由一电容和ー电感并联组成。其进ー步技术方案为所述模拟倍频电路包括依次相连的第一级模拟二倍频电路、第一级放大电路、第二级模拟二倍频电路及第ニ级放大电路。其进ー步技术方案为所述第一级模拟二倍频电路和第二级模拟二倍频电路均包括双极型晶体管放大电路和选频网络，所述第一级模拟二倍频电路和第二级模拟二倍频电路均由所述第二级稳压源供电且输出至下一级放大电路。其进ー步技术方案为所述第一级放大电路和第二级放大电路均包括双极型晶体管放大电路和选频网络，所述第一级放大电路和第二级放大电路均由所述第二级稳压源供电且输出至下一级放大电路。其进ー步技术方案为所述整形放大电路包括双极型晶体管放大电路和整形匹配网络，所述整形放大电路由所述第三级稳压源供电且输出至频率输出端。其进ー步技术方案为所述整形匹配网络是由两电感和一电容组成的T型网络。其进ー步技术方案为所述高频低相噪晶体振荡器还包括可对晶体进行温度控制以恒定起振电路中晶体温度的温控电路，所述温控电路由外部供电电源直接供电。[0013]其进ー步技术方案为所述温控电路包括依次相连的加热电路、恒温槽、温敏反馈电路及加热功率控制电路，所述加热功率控制电路还连接至所述加热电路，所述晶体放置于所述恒温槽内。与现有技术相比，本实用新型提供的高频低相噪晶体振荡器采用模拟倍频与模拟放大，不加入数字电路，从而消除了数模干扰，降低了相位噪声，而各个电路分别采用了独立电源供电，进ー步降低晶振的相位噪声，此外，増加了整形放大电路，大幅度提高了二次谐波的输出幅度以满足广播电台基站的要求。因此，本实用新型所提供的晶体振荡器在一定程度上解决了高频晶振稳定度差、相位噪声高、输出幅度低的问题，大大提高了高频晶振的性能，而且电路结构简单，节约了成本。通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
图I为本实用新型高频低相噪晶体振荡器ー实施例的电路结构框图。图2为图I所不闻频低相噪晶体振荡器的进一步电路结构框图。图3为图I所不闻频低相噪晶体振荡器中起振电路的结构框图。图4为图I所不闻频低相噪晶体振荡器中起振电路的电路图。图5为图I所示高频低相噪晶体振荡器中模拟二倍频电路的结构框图。图6为图I所示高频低相噪晶体振荡器中放大电路的结构框图。图7为图I所不闻频低相噪晶体振荡器中ホ旲拟倍频电路的电路图。图8为图I所示高频低相噪晶体振荡器中整形放大电路的结构框图。图9为图I所不闻频低相噪晶体振荡器中整形放大电路的电路图。图10为图I所示高频低相噪晶体振荡器中温控电路的结构框图。图11为图I所不闻频低相噪晶体振荡器中温控电路的电路图。图中各附图标记说明如下闻频低相噪晶体振荡器 10稳压电路110第一级稳压源111 第二级稳压源112第三级稳压源113 起振电路120晶体三极管121 晶体122谐波抑制网络123 模拟倍频电路130第一级模拟二倍频电路 131 双极型晶体管放大电路1311选频网络1312 第一级放大电路 132双极型晶体管放大电路 1321 选频网络1322第二级模拟二倍频电路 133 第二级放大电路134整形放大电路140 双极型晶体管放大电路141整形匹配网络142 温控电路150加热电路151 恒温槽152温敏反馈电路 153加热功率控制电路 1具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范 围。首先请參照图I和图2，其展示了本实用新型高频低相噪晶体振荡器10 —实施例的原理框图。如图I所示，本实施例的高频低相噪晶体振荡器(以下简称晶振)10包括稳压电路110、起振电路120、模拟倍频电路130及整形放大电路140，所述起振电路120、模拟倍频电路130和整形放大电路140依次相连从而由起振电路120产生的原始频率信号经过倍频、増幅、整形和放大成所需频率信号后最終由整形放大电路140的输出端输出。其中，所述稳压电路110包括第一级稳压源111、第二级稳压源112和第三级稳压源113，所述第一级、第二级和第三级稳压源111、112和113的输入端均连接至外部供电电源20，而其输出端分别连接至起振电路120、模拟倍频电路130及整形放大电路140以对上述各个电路进行独立供电，防止多级使用同一电源而产生的干扰，降低产品的相位噪声。如图2所示，所述模拟倍频电路130包括依次相连的第一级模拟二倍频电路131、第一级放大电路132、第二级模拟二倍频电路133及第ニ级放大电路134以进行四倍频和双増幅处理。为了提高频率稳定度与温度特性，所述晶振10还设计有温控电路150，起振电路120中的晶体122放于温控电路150的恒温槽152中以达到晶体恒温的效果，所述温控电路150直接连接至外部供电电源20由其直接供电。以下參照图3至图11来详细说明本实用新型高频低相噪晶体振荡器的具体电路设计及工作原理。參照图3,在本实施例中，所述起振电路120包括晶体三极管121、晶体122及谐波抑制网络123，所述第一级稳压源111为所述晶体三极管121供电，所述晶体122和谐波抑制网络123与晶体三极管121相连，由晶体122产生的初始频率信号从晶体三极管121输出。參照图4,其展示所述起振电路120的具体电路,该电路包括晶体三极管Ql、晶体Yl、电感LI、电容Cf C4以及电阻Rf R3，其中，晶体Yl采用AT切三次泛音晶体，在晶体管Ql的发射极需要使用谐波抑制网络才能顺利起振，谐波抑制网络由C2和LI组成。在起振工作状态下，由C2和LI组成的谐振网络等效为电容，晶体Yl等效为电感，前两者与电容Cl 一起构成了电容反馈三端振荡电路，其中Cl构成了反馈电容，频率信号由晶体管Ql的集电极输出。參照图5和图6，在模拟倍频电路130中，每级模拟二倍频电路131 (或133)包括双极型晶体管放大电路1311和选频网络1312，双极型晶体管放大电路1311由第二级稳压源111供电，来自起振电路120的频率信号输入至双极型晶体管放大电路1311，经倍频处理后从选频网络1312输出；每级放大电路132 (或134)包括双极型晶体管放大电路1321和选频网络1322，双极型晶体管放大电路1311也由第二级稳压源111供电，来自模拟二倍频电路131的频率信号输入至双极型晶体管放大电路1321，经过放大处理后从选频网络1322输出。參照图7，其展示模拟倍频电路130的具体电路，该电路包括三极管Q2和Q3、电阻R4 R9、电容C5 C12以及电感L2和L3，其中，三极管Q2、电阻R4 R6、电容C5 C7和电感L2一起构成了倍频电路，而三极管Q3、电阻R7 R9、电容C8 C11和电感L3 —起组成放大网络，来自起振电路120的输入频率由电容C12耦合进三极管Q2的基板，经过三极管Q2放大后从谐振网络输出的频率幅度不高，必须要经过放大网络进行一次放大，将频率幅度大幅提高后，才可进行下级处理。參照图8，所述整形放大电路140包括双极型晶体管放大电路141和整形匹配网络142。具体地，參照图9，其展示所述整形放大电路140的具体电路，该电路采用共射接法，其具体包括三极管Q4、电阻R10 R12、电容C14 C16及电感L4和L5，其中，L4、L5和电容C15一起构成T型网络以对输出波形进行整形。參照图10，所述温控电路150包括依次相连的加热电路151、恒温槽152、温敏反馈电路153及加热功率控制电路154，所述加热功率控制电路154的输出端连接至所述加热电路151以调整加热电路的对恒温槽的加热情况。如图9所示，所述温控电路150的具体电路包括功率三级管Q5、电阻R13 R16、热敏电阻Rv及电压比较器Ul，其中，热敏电阻Rv接受来自恒温槽的温度信息，通过电压的变化反馈至电压比较器U1，电压比较器Ul进而控 制功率三级管Q5的加热功率，实现恒温效果。其中，电阻R15为拐点电阻，通过调节R15来确定恒温槽的温度，使得恒温温度为晶体的拐点温度，最终提高了晶振的温度特性。下面參照图I和图2并结合图3至图11来对本实用新型所保护的晶振的工作原理进行详细说明。本实施例中，起振电路120选用81. 92MHz的AT切晶体，也即，起振电路120产生的是原始频率信号为81. 92MHz，其四次谐波(327. 68MHz)为本实用新型所需的频率信号，但是81. 92MHz的四次谐波(327. 68MHz)幅度太低，很难把它直接倍频选出，因此需要通过模拟倍频电路130来提高频率和幅度首先，起振电路120产生的81. 92MHz的频率信号输入到第一级模拟二倍频电路131，经过第一级模拟倍频电路131所进行的二倍频作用后，频率变为163. 84MHz ;为了提高信号幅度，采用了第一级放大电路132对信号进行放大，经过第一级放大电路132后，163. 84MHz的信号幅度达到5dBm左右；而后再依次经过第二级模拟二倍频电路133和第二级放大电路134来进行第二次倍频和提幅，经此处理后，信号频率达到327. 68MHz，但是此时的波形仍有失真，且二次谐波的幅度为_20dBm左右，未达到设计要求的OdBm以上，因此，需要在增加ー级整形放大电路140，做最后的调整。整形放大电路140是对输出波形进行放大和整形，经过这级电路后，主频输出幅度可达到14dBm左右，ニ次谐波达到4dBm左右，满足设计要求。为了提高晶振输出的稳定度以及温度特性，本实用新型还增加了恒温电路150，可根据晶体的拐点温度以及所选用的热敏电阻的温度特性进行计算，可设定恒温槽的温度。采用恒温设计后，晶振的输出稳定度可以达到10_9，温度特性可达到10_8，工作温度范围在-40°C 75°C。如上所述，本实用新型提供的晶振采用模拟倍频与模拟放大，不加入数字电路，从而消除了数模干扰，降低了相位噪声；各个电路分别采用了独立电源供电，可以大大降低晶振的相位噪声(大概下降5dB左右);添加了整形放大电路140，大幅度提高了二次谐波的输出幅度，达到OdBm以上，满足了广播电台基站的要求；此外，还采用高精度恒温设计，恒温精确，有效提高频率的稳定度与温度特性。总而言之，本实用新型在一定程度上解决了高频晶振温度特性与稳定度差、相位噪声高、输出幅度低的问题，大大提高了高频晶振的性能，而且还具有电路结构简单、节约成本等优点。以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上掲 示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。
权利要求1.一种高频低相噪晶体振荡器，其特征在于包括连接至外部供电电源的稳压电路、可产生初始频率信号的起振电路、可对所述频率信号进行倍频和增幅的模拟倍频电路以及可校正波形放大输出幅度的整形放大电路，所述稳压电路包括第一级稳压源、第二级稳压源及第三级稳压源，所述第一级、第二级和第三级稳压源分别为所述起振电路、模拟倍频电路及整形放大波形供电，所述起振电路、模拟倍频电路和整形放大电路依次相连。
2.如权利要求I所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述起振电路包括晶体三极管、晶体及谐波抑制网络，所述第一级稳压源连接至所述晶体三极管，所述晶体三极管与所述晶体和谐波抑制网络相连，由所述晶体产生的初始频率信号从晶体三极管的集电极输出。
3.如权利要求2所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述谐波抑制网络由一电容和一电感并联组成。
4.如权利要求I所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述模拟倍频电路包括依次相连的第一级模拟二倍频电路、第一级放大电路、第二级模拟二倍频电路及第二级放大电路。
5.如权利要求4所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述第一级模拟二倍频电路和第二级模拟二倍频电路均包括双极型晶体管放大电路和选频网络，所述第一级模拟二倍频电路和第二级模拟二倍频电路均由所述第二级稳压源供电且输出至下一级放大电路。
6.如权利要求4所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述第一级放大电路和第二级放大电路均包括双极型晶体管放大电路和选频网络，所述第一级放大电路和第二级放大电路均由所述第二级稳压源供电且输出至下一级放大电路。
7.如权利要求I所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述整形放大电路包括双极型晶体管放大电路和整形匹配网络，所述整形放大电路由所述第三级稳压源供电且输出至频率输出端。
8.如权利要求7所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述整形匹配网络是由两电感和一电容组成的T型网络。
9.如权利要求I所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于还包括可对晶体进行温度控制以恒定起振电路中晶体温度的温控电路，所述温控电路由外部供电电源直接供电。
10.如权利要求9所述的高频低相噪晶体振荡器，其特征在于所述温控电路包括依次相连的加热电路、恒温槽、温敏反馈电路及加热功率控制电路，所述加热功率控制电路还连接至所述加热电路，所述晶体放置于所述恒温槽内。
专利摘要本实用新型公开了一种高频低相噪晶体振荡器，其包括连接至外部供电电源的稳压电路、可产生初始频率信号的起振电路、可对所述频率信号进行倍频和增幅的模拟倍频电路以及可校正波形以及放大输出幅度的整形放大电路，所述稳压电路包括第一稳压源、第二稳压源及第三稳压源以分别为起振电路、模拟倍频电路和整形放大电路供电，所述起振电路、模拟倍频电路和整形放大电路依次相连。本实用新型高频低相噪晶体振荡器在一定程度上解决了高频晶振相位噪声高、输出幅度低的问题，大大提高了高频晶振的性能，而且电路结构简单，节约了成本。
文档编号H03B5/04GK202652145SQ20122020251
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者杨智锋, 彭军, 佘国源 申请人:广州市三才通讯科技有限公司