一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置及方法与流程

文档序号:19943687发布日期:2020-02-14 23:42
一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置及方法与流程

本发明属于晶体振荡器技术领域,具体涉及一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置及方法的设计。



背景技术:

抗振晶体振荡器(anti-vibrationcrystaloscillator,以下简称avxo)是一种能在特定振动环境工作并通过一定方式保持晶体振荡器的输出频率在一定的精度范围内的晶体振荡器。它具有低相噪,高稳定性等特点,广泛应用于各种通信、导航、雷达、卫星定位系统、移动通信以及各类电子测量仪器仪表中。

avxo本质上是带有振动补偿网络并由其产生与振动相关的补偿电压的压控晶体振荡器(voltagecontrolledcrystaloscillator,以下简称vcxo)。未补偿的压控晶体振荡器vcxo受到振动影响,其输出频率与振动加速度的关系可以表示为:

其中,表示振动加速度,表示晶体振荡器的加速度灵敏度,f0表示晶体振荡器无振动条件静态时的输出频率,表示晶体振荡器在振动加速度为时的输出频率。

对于常用的压控晶体振荡器的压控~频率特性可以近似表述如下:

其中,kvf是vcxo的压控~频率灵敏度,vc是vcxo的控制电压,是加载到vcxo压控端的压控中心电压,f0是输入压控中心电压为时的振荡频率。

振荡条件下,为了稳定输出频率f0,需要产生一个补偿电压加载到vcxo的电压控制端进行补偿以抵消由振动产生的频率漂移,从而得到在振动下稳定的频率输出,达到频率补偿的目的。

目前,实现avxo的有源补偿方法是基于加速度传感器的有源补偿网络的抗振晶体振荡器,该抗振晶体振荡器是一种开环补偿方式,利用加速度传感器测量晶体振荡器受到振动的实时振动加速度,通过外部电路产生一个补偿电压,并将该电压施加到晶体振荡器上,以抵消振动引起的晶体振荡器的频率漂移。

显然,现有的有源补偿avxo是采用开环式补偿构架,要用到加速度传感器,该加速度传感器在电路上尽可能的靠近晶体谐振器,而晶体谐振器是被单独封装在密闭空间内,这就不可避免的产生了迟滞,对avxo的补偿精度有明显影响。



技术实现要素:

本发明的目的是为了解决现有开环式补偿avxo精度较低的问题,提出了一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置及方法,通过采用闭环式补偿构架来实现抗振晶体振荡器的高精度数字式补偿。

本发明的技术方案为:一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置,包括依次连接并形成闭环结构的压控晶体振荡器、功分器、高频频率~电压转换电路、电压比对电路、加法器以及滤波器。

压控晶体振荡器用于产生稳定的振荡频率信号并将其输出至功分器。

功分器用于将压控晶体振荡器的输出信号分为两路,其中一路作为模拟式抗振晶体振荡器补偿装置的输出信号,另一路输出至高频频率~电压转换电路。

高频频率~电压转换电路用于采集压控晶体振荡器的标称频率f0和实时输出频率并将其分别转换为参考电压vref和电压信号后输出至电压比对电路。

电压比对电路用于对参考电压vref和电压信号进行比对,得到补偿电压差值

加法器用于对补偿电压差值和加载到压控晶体振荡器的压控电压vc0进行求和运算,得到补偿电压vc。

滤波器用于对补偿电压vc进行滤波处理,提高补偿电压vc的信号质量,并将滤波后的补偿电压vc反馈至压控晶体振荡器,实现对压控晶体振荡器的补偿。

进一步地,电压比对电路包括运算放大器芯片u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4,运算放大器芯片u1的同相输入端分别与电阻r1的一端和电阻r3的一端连接,其反相输入端分别与电阻r2的一端和电阻r4的一端连接,电阻r1的另一端作为电压比对电路的第一输入端,输入参考电压vref,电阻r2的另一端作为电压比对电路的第二输入端,输入电压信号运算放大器芯片u1的输出端与电阻r3的另一端连接,并作为电压比对电路的输出端,输出补偿电压差值电阻r4的另一端接地。

进一步地,加法器包括运算放大器芯片u2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8,运算放大器芯片u2的同相输入端分别与电阻r5的一端、电阻r6的一端以及电阻r7的一端连接,其反相输入端与电阻r8的一端连接,电阻r5的另一端作为加法器的第一输入端,输入压控电压vc0,电阻r6的另一端作为加法器的第二输入端,输入补偿电压差值电阻r7的另一端与运算放大器芯片u2的输出端连接,并作为加法器的输出端,输出补偿电压vc,电阻r8的另一端接地。

进一步地,滤波器包括电阻r9、电阻r10、接地电容c1和接地电容c2,电阻r9的一端作为滤波器的输入端,其另一端分别与接地电容c1以及电阻r10的一端连接,并作为滤波器的输出端,电阻r10的另一端与接地电容c2连接。

本发明还提供了一种模拟式抗振晶体振荡器补偿方法,包括以下步骤:

s1、非振动条件下,在压控晶体振荡器的电压控制端施加压控电压vc0,使其输出标称频率f0,并通过高频频率~电压转换电路将标称频率f0转换为参考电压vref。

s2、在振动条件下,通过功分器将压控晶体振荡器的实时输出频率分为两路,其中一路作为模拟式抗振晶体振荡器补偿装置的输出信号,另一路输出至高频频率~电压转换电路。

s3、通过高频频率~电压转换电路将实时输出频率转换为电压信号

s4、通过电压比对电路对参考电压vref和电压信号进行比对,得到补偿电压差值

s5、通过加法器对补偿电压差值和加载到压控晶体振荡器的压控电压vc0进行求和运算,得到补偿电压vc。

s6、采用滤波器对补偿电压vc进行滤波处理。

s7、将滤波后的补偿电压vc反馈至压控晶体振荡器,实现对压控晶体振荡器的补偿。

本发明的有益效果是:

(1)本发明不需要加速度传感器,而是直接将与振动实时相关的频率转换为与之成一一对应关系的补偿电压进行补偿,能够克服现有抗振晶体振荡器中由于使用加速度感器和晶体谐振器晶片受到的加速度不同步引起的迟滞问题。

(2)本发明采用了闭环补偿构架,直接将频率通过高频频率~电压转换电路与补偿电压建立联系,更容易实现实时高精度补偿。

(3)本发明补偿过程简单,补偿结构也较为简单,易于集成和批量生产。

(4)本发明可以良好适用于各种频率的晶体振荡器,尤其是对于采用现有技术补偿效果较差的高频晶体振荡器更为明显,实用性强。

附图说明

图1所示为本发明实施例一提供的一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置结构框图。

图2所示为本发明实施例一提供的电压比对电路结构示意图。

图3所示为本发明实施例一提供的加法器结构示意图。

图4所示为本发明实施例一提供的滤波器结构示意图。

图5所示为本发明实施例二提供的一种模拟式抗振晶体振荡器补偿方法流程图。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解,附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的,意在阐释本发明的原理和精神,而并非限制本发明的范围。

实施例一:

本发明实施例提供了一种模拟式抗振晶体振荡器补偿装置,如图1所示,包括依次连接并形成闭环结构的压控晶体振荡器、功分器、高频频率~电压转换电路、电压比对电路、加法器以及滤波器。

压控晶体振荡器用于产生稳定的振荡频率信号并将其输出至功分器。

功分器用于将压控晶体振荡器的输出信号分为两路,其中一路作为模拟式抗振晶体振荡器补偿装置的输出信号,另一路输出至高频频率~电压转换电路。

高频频率~电压转换电路用于采集压控晶体振荡器的标称频率f0和实时输出频率并将其分别转换为参考电压vref和电压信号后输出至电压比对电路。

电压比对电路用于对参考电压vref和电压信号进行比对,得到补偿电压差值

加法器用于对补偿电压差值和加载到压控晶体振荡器的压控电压vc0进行求和运算,得到补偿电压vc。

滤波器用于对补偿电压vc进行滤波处理,提高补偿电压vc的信号质量,并将滤波后的补偿电压vc反馈至压控晶体振荡器,实现对压控晶体振荡器的补偿。

如图2所示,本发明实施例中,电压比对电路包括运算放大器芯片u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4,运算放大器芯片u1的同相输入端分别与电阻r1的一端和电阻r3的一端连接,其反相输入端分别与电阻r2的一端和电阻r4的一端连接,电阻r1的另一端作为电压比对电路的第一输入端,输入参考电压vref,电阻r2的另一端作为电压比对电路的第二输入端,输入电压信号运算放大器芯片u1的输出端与电阻r3的另一端连接,并作为电压比对电路的输出端,输出补偿电压差值电阻r4的另一端接地。

如图3所示,本发明实施例中,加法器包括运算放大器芯片u2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8,运算放大器芯片u2的同相输入端分别与电阻r5的一端、电阻r6的一端以及电阻r7的一端连接,其反相输入端与电阻r8的一端连接,电阻r5的另一端作为加法器的第一输入端,输入压控电压vc0,电阻r6的另一端作为加法器的第二输入端,输入补偿电压差值电阻r7的另一端与运算放大器芯片u2的输出端连接,并作为加法器的输出端,输出补偿电压vc,电阻r8的另一端接地。

如图4所示,本发明实施例中,滤波器包括电阻r9、电阻r10、接地电容c1和接地电容c2,电阻r9的一端作为滤波器的输入端,其另一端分别与接地电容c1以及电阻r10的一端连接,并作为滤波器的输出端,电阻r10的另一端与接地电容c2连接。

本发明实施例采用闭环反馈补偿构架,其功分器将压控晶体振荡器的输出信号分为两路,其中一路输入高频频率~电压转换电路,高频频率~电压转换电路采用模拟电路,根据压控晶体振荡器的输出信号频率得到当前加速度下对应的输出频率所对应的转换电压,再经过电压比对电路与参考电压作差,产生补偿电压差值,然后通过加法器得到补偿电压最后经过滤波器后,反馈到压控晶体振荡器的压控端进行补偿,使压控晶体振荡器输出期望获得的目标频率。

实施例二:

本发明实施例提供了一种模拟式抗振晶体振荡器补偿方法,如图5所示,包括以下步骤s1~s7:

s1、非振动条件下,在压控晶体振荡器的电压控制端施加压控电压vc0,使其输出标称频率f0,并通过高频频率~电压转换电路将标称频率f0转换为参考电压vref。

s2、在振动条件下,通过功分器将压控晶体振荡器的实时输出频率分为两路,其中一路作为模拟式抗振晶体振荡器补偿装置的输出信号,另一路输出至高频频率~电压转换电路。

s3、通过高频频率~电压转换电路将实时输出频率转换为电压信号

s4、通过电压比对电路对参考电压vref和电压信号进行比对,得到补偿电压差值

s5、通过加法器对补偿电压差值和加载到压控晶体振荡器的压控电压vc0进行求和运算,得到补偿电压vc。

s6、采用滤波器对补偿电压vc进行滤波处理,减小噪声信号对压控晶体振荡器输出的影响。

s7、将滤波后的补偿电压vc反馈至压控晶体振荡器,实现对压控晶体振荡器的补偿,使晶体振荡器抗振补偿装置输出期望获得的目标频率f0。

本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

再多了解一些
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网友询问留言 已有1条留言
  • 159899... 来自[未知地区] 2020年02月16日 15:20
    可以不
    0
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