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微处理机补偿晶体振荡器的设计

孙兴红  
【摘要】:随着电子技术的飞速发展,频率高度稳定的晶体振荡器得到了广泛的应用,特别是温度补偿晶体振荡器(TCXO)更是广泛应用于通信、导航、雷达、测量仪表等电子设备中。作为它们的基准频率源,它是以上电子设备的关键性部件,被称为此类电子设备的“心脏”。 在TCXO 中,微处理机补偿晶体振荡器(MTCXO)是一种比较新型的数字式温度补偿晶体振荡器。本文首先根据双旋Y-切石英晶体物理图像的振动模式,通过求解描述固体中弹性声波的Christoffel 方程, 得到其在切角Φ3 =0 , Φ1=35 ο6 ′处也即AT 切石英晶体谐振器的频率温度特性曲线,这是我们进行温度补偿的理论依据。接着我们详细介绍了微处理机补偿晶体振荡器的基本构成,及其各部分硬件电路的工作原理、电路设计和器件选择。结合AT 切石英晶体谐振器的频率温度特性曲线,我们比较了几种常见的数值逼近方法,并最终决定选择三次样条插值法进行数值逼近。 然后我们详述了整个单片机部分的软件设计和数值逼近曲线拟合的软件设计,并以我们所获得的实验数据证明了本文所述利用微处理机对压控晶体振荡器(VCXO)进行温度补偿的可行性。最后,我们对结果进行了分析,并据此发现了设计中存在的一些不足并提出了一些改进方法。圃于时间关系,很遗憾我们没能继续深入下去,只能寄于后者去不断完善。 本方案正是由于在MTCXO 中引入了微处理机,使得系统可以充分发挥软件的优势,用软件以及软硬结合的方法代替大量的硬件电路,这样就大大减少了晶体振荡器的体积及其制造成本。与数字温度补偿晶体振荡器(DTCXO)相比,本文所叙述的微处理机补偿晶体振荡器具有频率温度稳定度高,结构简单,体积小,功耗低,造价低,开机即可正常工作等优势,使其具有很强的竞争力。最终的实验结果证明,该振荡器MTCXO 在-20~+85℃的温度范围内能够稳定工作,其频率温度稳定度可达±5.5×10-7,而电流消耗只有10mA 左右。


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