晶体振荡器温频特性的改善

摘要

本论文通过对晶体振荡器的温频特性和力频特性的研究，提出如下改善晶体的温频特性的温度补偿方法：
　　 其一，结合晶体的温频特性和力频特性，借助于晶体电极的热应力使这两种物理性质相互作用以达到对石英泛音晶体谐振器进行温度补偿的效果。并详细介绍了这种温补方法的理论基础、实现方案，并通过实验给出了在此新方法实现过程中相关参数选择的依据。通过大量实验结果证明这种补偿的效果是明显的，可以获得较高的频率稳定度，使普通的晶体减小±10ppm，对一些小公差的晶振在-40～75度之间甚至可以拉到±4ppm，这与进行过线路补偿的温度补偿晶体振荡器的±2ppm相差很小。
　　 其二，本文介绍二次补偿的基本原理，以及一种基于二次补偿的晶体振荡器的设计方案(包括模拟补偿部分和数字补偿部分)，系统构成，选用关键器件微处理器和采用补偿方波、曲线拟合等核心技术，对原有的补偿线路进行优化，节省了大量传统的微机温补晶振中使用的体积庞大、价格昂贵、功耗较高的器件。使之拥有模拟温补晶振体积小、功耗低的优点，并具备较高的频率温度稳定度和较好的相位噪声。其中频率温度稳定度在-40℃～+85℃范围内达到±0.28ppm，相噪指标：偏载频1Hz处≤-75dBc，1KHz处≤-145dBc。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1精密频率源的重要性

1.2晶体振荡器的发展与分类

1.2.1两种重要切型的石英谐振器

1.2.2晶体振荡器介绍

1.3温度补偿晶体振荡器

1.3.1模拟温度补偿晶体振荡器(TCXO)

1.3.2数字温度补偿晶体振荡器(DTCXO)

1.3.3微机补偿晶体振荡器(MCXO)

1.4国内外温补晶振的技术发展

1.5本论文的研究成果和内容安排

1.5.1本文的研究成果

1.5.2本论文的内容安排

1.6小结

第二章石英晶体谐振器的特性

2.1影响谐振器频率的主要因素

2.1.1温度

2.1.2老化

2.2石英晶体谐振器的温—频特性

2.2.1频率—温度特性曲线

2.2.2频率—温度系数

2.3石英晶体谐振器的力—频特性

2.3.1影响石英谐振器力—频效应的主要参数

2.3.2石英谐振器力—频特性的其它相关实验研究

2.4小结

第三章应力补偿温补晶振的设计

3.1设计思路

3.2应力施加方法的设计

3.3应力对频率作用的力学模型分析

3.3.1内应力分析

3.3.2接触面上热应力分析

3.3.3镀膜参数的确定

3.4小结

第四章应力补偿温补晶振的实验研究

4.1晶体类型的选择

4.1.1基频晶体和泛音晶体的力敏特性比较

4.1.2基频晶体和泛音晶体的短期稳定度比较

4.2镀膜形状及镀膜角度对晶振温频特性的影响

4.2.1晶体的镀膜参数

4.2.2.实验步骤

4.2.3实验结果描述

4.2.4实验结论

4.3电极材料及镀膜形式对晶振温频特性的影响

4.3.1晶体的镀膜参数

4.3.2实验步骤

4.3.3实验结果描述

4.3.4实验结论

4.4调频量对晶振温频特性的影响

4.4.1晶体的镀膜参数

4.4.2实验步骤

4.4.3实验结果描述

4.4.4实验结论

4.5应力补偿的改进措施

4.6应力补偿晶振老化问题的思考

4.7 小结

第五章二次补偿晶振的研究

5.1二次补偿原理

5.2二次补偿的模拟补偿部分

5.2.1模拟补偿原理

5.2.2模拟补偿的实现

5.3二次补偿的微机补偿部分

5.3.1传统微机补偿

5.3.2新型补偿原理

5.4微机补偿方案的设计与实现

5.4.1补偿电路的选择和方案的确定

5.4.2微处理器的软件程序设计

5.4.3实验结果

5.5.微机补偿对相噪指标的影响

5.6小结

总结

致谢

参考文献

附录