恒温温补石英晶体振荡器

摘要: 提出了一种恒温温补晶振 ( OCTCXO) 的实现方法,该 OCTCXO 由两部分组成: 温度补偿晶体振荡器 ( TCXO) 和恒温槽。TCXO 放置在恒温槽中,恒温槽是一个负反馈自动控制系统,当环境温度小于恒温槽设定的温度时,OCTCXO 相当于一个恒温晶体振荡器 ( OCXO) ; 当环境温度大于恒温槽设定的温度时,恒温槽停止工作,整个 OCTCXO 的频率- 温度稳定性由 TCXO 决定,由于 OCTCXO
 
**高工作温度与恒温槽设定的温度之间的温度区间很小,使得 TCXO 在该温度区间内的频率- 温度稳定性得到较大的改善,从而提高 OCTCXO 的频率- 温度稳定性。实验结果表明,该 OCTCXO 标称频率 10 MHz,在 -40 ~70 ℃温度范围内频率 - 温度稳定性为 ±1 ×10  7 ; **大功耗为 1. 15 W,常温工作时
 
功耗为 410 mW;  体积为 21. 0 mm ×13. 0 mm ×5. 1 mm。 0  引言           石英晶体振荡器作为电子设备的核心器件,向   着小型化、低功耗的方向发展。恒温晶体振荡器具 有频率 - 温度稳定性高、相位噪声低的优点,但其 功耗和体积都比较大,且开机需要预热;  而模拟温   度补偿晶体振荡器具有功耗低、体积小、开机即可 工作的优点,但其频率温度稳定性在宽温范围 ( 如 - 40 ~ 70 ℃ )  内达到 ± 1 × 10  7 量级比较困 [1] 。为兼顾二者的优点,本文提出了一种恒温
温补晶体振荡器的实现方法。
 
1 恒温温补晶体振荡器 ( OCTCXO) 的原理
 
恒温温补晶体振荡器主要由温度补偿晶体振荡器 ( TCXO) 和恒温槽两部分组成,TCXO 嵌在恒
[2] ,其结构如图 1 所示。
温槽中





图 6 中 Q1 为加热功率三极管,温度传感器 R 是
 
负温度系数热敏电阻,它与表贴 TCXO 的温度梯度影响恒温槽控温精度,R2 ,R3 ,R7 和 C1 影响 ζ 和 δ。
 
若恒温槽温度 T0 设定在 55 ℃ ,当环境温度小
 
于 T0 ,由于恒温槽具有负反馈自动控制作用,其内部温度将维持在 ( 55 ±5) ℃ 范围内; 当环境温度大
 
于 T0 ,恒温槽停止工作,TCXO 的工作温度为 55 ~
 
70 ℃ ;  当恒温槽内温度波动时,TCXO 工作温度为
 
( 55 ±5) ℃ 。在这三种情况下,TCXO **低工作温度为50 ℃ ,**高工作温度为 70 ℃ ,由 TCXO 的补偿结果 ( 如图 4) 可知,在 50 ~ 70 ℃ 温度范围内,
 
TCXO 的频率 - 温度稳定性均小于 ±1 ×10  7 。
 
4 实验数据分析
 
应用本文提出的方法研制了 10 MHz OCTCXO,
 
并将其放置在高低温箱中测试其频率 - 温度稳定性。实测数据如表 1 和表 2 所示,由实测数据可知
 
OCTCXO 在 - 40 ~ + 70 ℃ 温度范围内,频率 - 温度稳定性达到 ± 1 × 10  7 ,**大功耗 1. 15 W,常温功耗 410 mW,开机稳定时间 87 s ( 进入 ±1 ×10  7 ) 。