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一种高频低噪声温度补偿晶体振荡器的设计

胡子泳  
【摘要】:晶体振荡器在电子信息产业中有着非常广泛的应用,同时,对于电子仪器、国防军工、通信、航空航天等领域来说,晶体振荡器都对技术的发展与革新有着至关重要的作用。可以说,精密的晶体振荡器是电子系统的最重要一环。但是,在自然状况下随着温度的变化,晶体振荡器的输出频率会发生漂移。为了改善频率漂移带来的输出误差,常用的解决方案是采用温度补偿的方法来提高频率在温度变化时的稳定度。本文通过对于多种传统温度补偿方案的分析比较,结合对于温度补偿原理的分析,提出了一种新型温度补偿方案,避免了变容二极管的使用,也就避免了相位噪声指标的恶化。传统的温度补偿方法主要有利用热敏电阻网络的模拟补偿晶体振荡器(TCXO),数字补偿晶体振荡器(DTCXO)与如今常用的微机补偿晶体振荡器(MCXO)。但以上补偿方法归根结底离不开变容二极管的使用,需要在不同的温度点下,在变容二极管的两端加载特定的电压,用以将晶体振荡器的输出频率补偿至固定的值,这个特定的电压也可以称为补偿电压。正因为如此,晶体振荡器中的固有交流电压一定会对补偿电压产生一定程度的干扰,导致相位噪声的恶化。本课题设计了12.8MHz的温度补偿样机,首先测得了在未经补偿状况下的频率温度曲线,同时采用一个特定温度系数的电容与晶体谐振器串联来构成温度补偿,避免了使用变容二极管,温度系数可以由测得的频率温度曲线确定,该电容可以称为补偿电容。通过温度传感器(DS18B20)获得实时的温度,并且设计一个模拟开关电路在不同温度下选用不同的补偿电容(本课题中共选用了3个不同的补偿电容)。得到的实验数据证实:在-20℃到+70℃的温度范围内,温度补偿后的频率稳定度在±1.95ppm以内,也避免了变容二极管的使用,相位噪声指标的恶化程度有所降低,在偏离载波100Hz处,相位噪声为-110dBc/Hz,在偏离载波1KHz处,相位噪声为-140 dBc/Hz。


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