一種恆溫晶體振蕩器裝置、設備及其頻率補償方法與流程
2023-05-05 05:09:46 2
本發明實施例涉及晶體振蕩器技術領域，尤其涉及一種恆溫晶體振蕩器裝置、設備及其頻率補償方法。
背景技術：
「頻率-溫度穩定度」是恆溫晶體振蕩器(Oven Controlled Crystal Oscillator,OCXO)中最重要的技術指標之一，然而當恆溫晶體振蕩器被設計出來後，很多時候「頻率-溫度穩定度」指標仍不滿足應用的要求，不斷提升該指標是晶振製造商和客戶應用的長期目標，因此引入了溫度補償技術來提升OCXO的溫度穩定度。
目前，常見的溫度補償方案如圖1所示，圖1為現有技術的恆溫晶體振蕩器系統的結構示意圖。該振蕩器系統包括：外殼10、設置在外殼10內的溫度傳感器11、微控制器12、數模轉換器13、恆溫槽14以及設置在恆溫槽14中的恆溫晶體振蕩器15。溫度傳感器11設置在外殼10中，用於讀取外殼10內的環境溫度，傳送至微控制器12(Microcontroller Unit，MCU)。在不同溫度下，MCU12給出不同的補償量給到數模轉換器13(Digital to Analog Converter，DAC)，補償量通過DAC13轉換後給到OCXO15的VC(模擬電壓控制端)，從而調節OCXO15的頻率，起到補償的作用。
但是由於技術指標的要求不斷提升，該補償方案就出現了瓶頸，原因在於：溫度傳感器的位置介於OCXO恆溫槽與外殼之間，由於恆溫槽的控溫點需要高於工作環境溫度，如OCXO要求工作在環境溫度-40℃～85℃時，恆溫槽的溫度需要設置在90℃以上，而當OCXO工作在-40℃或85℃時，外殼、溫度傳感器和OCXO恆溫槽這三者之間的溫度梯度差值是不一樣的。當OCXO工作在-40℃或85℃，同時外界環境的氣流發生變化時，外殼、溫度傳感器和OCXO恆溫槽這三者之間的溫度梯度差值又會發生變化。如此，當在同一溫度下，氣流不一樣時，溫度傳感器的梯度會發生變化，從而MCU給出的補償量就會發生輕微的變化。雖然這種輕微的變化在OCXO的「頻率-溫度穩定度」技術指標要求較低的時候可以忽略，但是當OCXO的「頻率-溫度穩定度」技術指標要求小於這輕微的變化量，需要進一步提高的時候，該補償方法就無法滿足應用的要求。
技術實現要素：
本發明提供一種恆溫晶體振蕩器裝置、設備及其頻率補償方法，以實現恆溫晶體振蕩器頻率的高精度補償。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
本發明實施例提供一種恆溫晶體振蕩器裝置，包括恆溫槽和微控制器，設置在恆溫槽中的恆溫晶體振蕩器，其特徵在於，還包括電流檢測單元，其中：
所述電流檢測單元與所述恆溫晶體振蕩器相連，用於獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，並提供給所述微控制器；
所述微控制器用於基於頻率補償規則，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量，並將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器，以補償輸出頻率。
進一步地，所述裝置，還包括：
數模轉換模塊，與所述微控制器和恆溫晶體振蕩器相連，用於將所述頻率補償量轉換成電信號，並輸出到恆溫晶體振蕩器的模擬電壓控制端，使得模擬電壓控制端根據所述電信號調節輸出頻率。
進一步地，上述裝置中：
恆溫槽、恆溫晶體振蕩器、微控制器、電流檢測單元和數模轉換模塊均設置在外殼內；或
恆溫槽和恆溫晶體振蕩器設置在外殼外，微控制器、電流檢測單元和數模轉換模塊設置在外殼內；或
電流檢測單元、恆溫槽和恆溫晶體振蕩器設置在第一外殼內，微控制器和數模轉換模塊設置在第二外殼內。
相應地，本發明實施例還提供一種具有恆溫晶體振蕩器的設備，包括上述第一方面所述的恆溫晶體振蕩器裝置。
相應地，本發明實施例還提供一種恆溫晶體振蕩器裝置的頻率補償方法，採用本發明任意實施例所提供的恆溫晶體振蕩器裝置執行，所述方法包括：
所述電流檢測單元獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，並提供給所述微控制器；
所述微控制器基於頻率補償規則，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量；
所述微控制器將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器，以補償輸出頻率。
進一步地，上述方法中，所述微控制器將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器，以補償輸出頻率包括：
所述微控制器將所述頻率補償量輸出給所述數模轉換模塊；
所述數模轉換模塊將所述補償量轉換成電信號，並輸出到恆溫晶體振蕩器的模擬電壓控制端，使得模擬電壓控制端根據所述電信號調節輸出頻率。
進一步地，所述方法，還包括：
獲取不同溫度下，晶體振蕩器對應的工作電流和頻率偏移；
根據所述溫度值、工作電流值和頻率漂移的對應關係建立頻率補償規則，並存儲至所述微控制器中。
進一步地，上述方法中，所述微控制器基於頻率補償規則，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量，包括：
所述微控制器根據所述工作電流值獲取對應的頻率補償規則；
所述微控制器根據所述工作電流值與所述頻率補償規則中的溫度值和頻率漂移的對應關係，得到頻率補償量。
進一步地，上述方法中，所述頻率漂移是指晶體振蕩器當前輸出頻率與正常輸出頻率的差值。
本發明提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置、設備及其頻率補償方法，通過獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，可以確定對應的頻率補償量，從而避免了溫度梯度因素對頻率補償造成的影響，提高了補償精度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為現有技術的恆溫晶體振蕩器系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例一提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置的結構示意圖；
圖3為本發明實施例三提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置的頻率補償方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
實施例一
圖2為本發明實施例一提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置的結構示意圖。如圖2所示，本發明實施例提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置，通過獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，可以實現恆溫晶體振蕩器頻率的高精度補償。
所述恆溫晶體振蕩器裝置，包括：恆溫槽22和微控制器23，設置在恆溫槽22中的恆溫晶體振蕩器24，還包括電流檢測單元25，其中：
所述電流檢測單元25與所述恆溫晶體振蕩器24相連，用於獲取恆溫晶體振蕩器24的工作電流值，並提供給所述微控制器23；
所述微控制器23用於基於頻率補償規則，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量，並將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器24，以補償輸出頻率。
優選的，所述裝置還包括：
數模轉換模塊26，與所述微控制器23和恆溫晶體振蕩器24相連，用於將所述頻率補償量轉換成電信號，並輸出到恆溫晶體振蕩器24的模擬電壓控制端，使得模擬電壓控制端根據所述電信號調節輸出頻率。
可選的，所述裝置還可以包括外殼21。
具體的，第一方面可以是，恆溫槽、恆溫晶體振蕩器、微控制器、電流檢測單元和數模轉換模塊均設置在外殼內；第二方面可以是，恆溫槽和恆溫晶體振蕩器設置在外殼外，微控制器、電流檢測單元和數模轉換模塊設置在外殼內；第三方面可以是，電流檢測單元、恆溫槽和恆溫晶體振蕩器設置在第一外殼內，微控制器和數模轉換模塊設置在第二外殼內。
上述方案中，頻率補償規則是通過獲取不同溫度下，晶體振蕩器對應的工作電流和頻率偏移，然後根據所述溫度值、工作電流值和頻率漂移的對應關係建立的，所述頻率補償規則存儲在所述微控制器中。
具體的，頻率補償量是所述微控制器根據所述工作電流值獲取對應的頻率補償規則，再根據所述工作電流值與所述頻率補償規則中的溫度值和頻率漂移的對應關係得到的。所述微控制器輸出的頻率補償量會先經過數模轉換模塊轉換成電信號再輸出給到恆溫晶體振蕩器的模擬電壓控制端進行對恆溫晶體振蕩器頻率的調節。
本發明提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置，通過獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，可以確定對應的頻率補償量，從而避免了溫度梯度因素對頻率補償造成的影響，提高了補償精度。
實施例二
本發明實施例二提供一種具有恆溫晶體振蕩器的設備，該設備包括實施例一提供的所有恆溫晶體振蕩器裝置。
優選的，所述設備為通信設備。
本發明提供的一種具有恆溫晶體振蕩器的設備，通過恆溫晶體振蕩器裝置獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，可以確定對應的頻率補償量，從而避免了溫度梯度因素對頻率補償造成的影響，提高了補償精度。
實施例三
請參閱圖3，為本發明實施例三提供的一種恆溫晶體振蕩器裝置的頻率補償方法的流程示意圖。該方法由本發明實施例所提供的恆溫晶體振蕩器裝置執行，步驟如下：
S110、所述電流檢測單元獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，並提供給所述微控制器。
需要說明的是，所述工作電流為恆溫晶體振蕩器的加熱工作電流。由於恆溫晶體振蕩器的控溫原理是通過加熱將恆溫槽溫度設置到環境工作溫度以上，比如恆溫晶體振蕩器要求工作在環境溫度-40℃～85℃時，恆溫槽的溫度需要設置在90℃以上，而發熱的原理是通過控制工作電流進行升溫，當電流大時，溫度升高，電流小時，溫度降低。
進一步需要說明的是，優選的，所述電流檢測單元可以是周期性地獲取恆溫晶體振蕩器的加熱工作電流值，以實現通過周期性地監控恆溫晶體振蕩器的工作電流來達到對恆溫晶體振蕩器頻率的監控和及時補償調整。
S120、所述微控制器基於頻率補償規則，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量。
具體的，S120可以包括：所述微控制器根據所述工作電流值獲取對應的頻率補償規則；所述微控制器根據所述工作電流值與所述頻率補償規則中的溫度值和頻率漂移的對應關係，得到頻率補償量。
需要說明的是，所述頻率漂移是指晶體振蕩器當前輸出頻率與正常輸出頻率的差值。比如可以是晶體振蕩器當前輸出頻率值減恆溫晶體振蕩器的正常輸出頻率值，若差為正數，則需要減小恆溫晶體振蕩器的頻率；若差為負數，則需要增大恆溫晶體振蕩器的頻率。所述頻率補償規則是通過獲取不同溫度下，晶體振蕩器對應的工作電流和頻率偏移，然後根據所述溫度值、工作電流值和頻率漂移的對應關係建立的，所述頻率補償規則存儲在所述微控制器中。
進一步需要說明的是，當外界環境溫度發生改變時，恆溫晶體振蕩器的輸出頻率隨著溫度的改變而改變，其核心是由於恆溫槽的溫度受到外界環境溫度影響發生了改變；同時，當外界環境溫度發生改變導致恆溫晶體振蕩器的輸出頻率受到改變，恆溫晶體振蕩器的加熱工作電流也會發生改變。具體原因是因為加熱是恆溫晶體振蕩器控溫的核心，而恆溫晶體振蕩器的控溫最終會體現在工作電流上面(通過控制工作電流的大小來調節溫度升溫的多與少)，只要外界環境溫度發生輕微的改變，恆溫晶體振蕩器的加熱工作電流一定會立即做出相應的改變，並且加熱工作電流改變的大小與恆溫晶體振蕩器的「頻率-溫度」變化的比例是一樣的，也就是說不論外界環境溫度發生怎樣的變化，恆溫晶體振蕩器的加熱控溫電路都會做出相應的調整使加熱工作電流做出相應的改變。因此，只要通過不同溫度下得到恆溫晶體振蕩器的工作電流與「頻率-溫度」的飄移關係，就可以確對應的頻率補償量，對恆溫晶體振蕩器裝置的頻率進行補償。
S130、所述微控制器將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器，以補償輸出頻率。
具體的，S130可以包括：所述微控制器將所述頻率補償量輸出給所述數模轉換模塊；所述數模轉換模塊將所述補償量轉換成電信號，並輸出到恆溫晶體振蕩器的模擬電壓控制端，使得模擬電壓控制端根據所述電信號調節輸出頻率。
需要說明的是，所述電信號可以是模擬電壓信號。所述頻率補償量根據頻率漂移決定，若頻率漂移後輸出頻率值變大，則需要回調輸出頻率，反之則需要增大輸出頻率。
優選的，所述恆溫晶體振蕩器裝置的頻率補償方法還包括：獲取不同溫度下，晶體振蕩器對應的工作電流和頻率偏移；根據所述溫度值、工作電流值和頻率漂移的對應關係建立頻率補償規則，並存儲至所述微控制器中。
為了更加清晰的展現本發明實施例的方案實施過程，下面以一具體例子進行詳細介紹。假設恆溫晶體振蕩器的正常輸出頻率為10Hz，對應的正常工作電流為5A，恆溫槽的溫度為40℃；現恆溫晶體振蕩器受到外界環境溫度影響發生了頻率的改變，測得當前工作電流為7A，基於事先建立好的頻率補償規則，能獲悉對應的當前恆溫槽的溫度為80℃，輸出頻率為12Hz，即頻率偏移量為+2(輸出頻率增加了兩個單元)，因此，可以確定頻率補償量為-2，只需通過輸出相應的模擬電壓信號給到恆溫晶體振蕩器的模擬電壓控制端，即可進行相應的恆溫晶體振蕩器的頻率回調，起到補償的作用。
本發明實施例通過獲取恆溫晶體振蕩器的工作電流值，根據所述工作電流值確定對應的頻率補償量；將所述頻率補償量輸出給所述恆溫晶體振蕩器，以補償輸出頻率，不僅消除了測量帶來的誤差造成的影響，還提高了補償精度。
注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限於這裡所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護範圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限於以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的範圍由所附的權利要求範圍決定。