自拟合数字温度补偿晶体振荡器及其系统与实现方法

摘要

本发明公开了自拟合数字温度补偿晶体振荡器及其系统与实现方法，其使用自身资源，自主完成温补拟合过程，从而保证了产品内部使用环境和生产环境的一致，极大的提高了温补数据的准确性，从而保证了频率温度稳定度精度；拟合测试过程摆脱计算机全程控制，提高单位时间生产效率，避免了因外设异常或人工操作失误所引起的风险；本发明批量试生产的产品的温度特性指标-40℃～+85℃全部达到小于±0.05ppm的极好特性，比同类产品高出10-20倍，超过三级时钟恒温晶体振荡器的频率温度稳定度指标，完全使得频率温度稳定度精度达到最佳的效果。

主权项

一种数字温补晶体振荡器的自拟合系统的自拟合实现方法，其中的自拟合系统包括：电源装置（6），用于向系统各部分供电；计算机管理中心（7），用于对系统的工作进行控制；程控高低温箱（8），连接计算机管理中心（7），并通过计算机管理中心（7）的命令对工作环境温度进行控制；若干生产测试单元（9），安装于程控高低温箱（8）内，每个生产测试单元（9）配设有若干自拟合数字温补晶体振荡器（10）；其中的自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）包括：稳压器（1），所述稳压器（1）连接电源输入端（VCC），用于向各个部分提供稳定的工作电压；受补偿压控晶体振荡器（2），作为自拟合数字温度补偿晶体振荡器的受补偿对象及压控频率源，其压控端（Vc’）接收压控电压，并将处理后的信号从输出端（Out）输出；温度传感器（3），用于检测自拟合数字温度补偿晶体振荡器的内部环境温度；微控制器（4），分别连接受补偿压控晶体振荡器（2）、温度传感器（3），并通过单总线连接外部设备进行通讯，所述微控制器（4）作为产生温度频率补偿电压的控制中心，实时检测温度传感器（3）的温度，并实时输出给受补偿压控晶体振荡器（2）在当前温度下所需的温补频率校正数据；以及压控合成电路（5），其输入端分别连接外部压控电压及微控制器（4）的输出端，输出端连接受补偿压控晶体振荡器（2）的压控端（Vc’），所述压控合成电路（5）用于合成外部压控输入电压与微控制器（4）提供的数字温补电压，并将合成后的压控电压输出至受补偿压控晶体振荡器（2）的压控端(Vc’)；其特征在于，先由计算机管理中心（7）启动系统，初始化各项参数，校验参数是否符合要求，选择拟合测试，n个生产测试单元（9）接收到开始拟合测试指令后，保存校验通过的参数，n个生产测试单元（9）同时对m个自拟合数字温补晶体振荡器（10）进行故障检测并将检测结果上报，n个生产测试单元（9）同时将必要的参数下载到所对应的自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10），自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）保存参数并触发启动自拟合流程，自拟合流程包括以下步骤：a)  计算机管理中心（7）通过生产测试单元（9）设置自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）的目标频率Fo； 生产测试单元（9）测出自拟合数字温度补偿晶体振荡器(10)实时频率Fn，并将Fo、Fn通过单总线发送给自拟合数字温度补偿晶体振荡器；b) 自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）通过其内的温度传感器(3)自测得到温度Tx；自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）内的微控制器（4）通过F1与Fo的差值δF1=F1‑Fo计算出当前温度Tx相对应的校正压控电压Vr1=Vr0+δF 1×K，其中K为校正经验常数，针对不同型号晶体，由实验获得；微控制器（4）将Vr1加于受补偿压控晶体振荡器（2）的压控端（Vc’），并记录Tx、δF 1、Vr1；c)  重复步骤b)，自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）计算并保存当前温度Tx对应的n组数据Vrn、δF n；d)  循环步骤c)、d)，直到Tx变化；e) 由于所有数据都是在温度Tx下测量的，压控电压Vr变化较小时，压控‑频率变化δF是近似线性的，可近似为公式：δF =a×Vr+b  (其中a、b为常数)；微控制器（4）通过数据（Vr1,δF 1）~（Vrn,δF n），由最小二乘法得出系数a、b；当δF =0时，可计算出温度为Tx时的最佳校正压控电压；所以有：a×Vrx+b =0，Vrx=‑b/a ；保存Vrx与Tx到微控制器（4）内部的可自编程只读存储器；f)  循环步骤c) ~　f)，直到得到‑40℃~+85℃范围内所有温度点对应的校正压控电压；由于实际测得的Tx,Vrx有限，自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）在实际补偿时对相邻补偿温度点进行最小二乘法曲线拟合，并在产品正常使用时进行压控插值补偿，以达到更高分辨率的温度校正；g)  生产测试单元（9）触发自拟合数字温度补偿晶体振荡器（10）终止补偿拟合流程，并将数据上传至计算机管理中心（7）；h) 计算机管理中心（7）根据需要读取数据，并通过程控高低温箱（8）启动高低温测试流程；i)  温度测试完毕；j)  完成自拟合步骤。