恒温晶体振荡器调频范围扩展研究

摘要

泛音晶体构成的恒温晶体振荡器(OCXO)具有优良的稳定度和老化指标，但是它的压控频率调节范围很窄，常常难以满足同时对上述指标都有较高要求的情况。尤其是高精度OCXO作为精密的可控频率源时，针对相对宽的频率比对范围OCXO需要能够在频率上被调试、控制，并且保持良好的频率稳定度、老化指标，这是未经过调频扩展的OCXO无法实现的。本文介绍了根据更宽的频率调节范围内采用对OCXO的控制温度进行调整的方法实现扩展频率范围，让恒温晶体振荡器在几个温度点实现分段恒温。 本文中采用可程控电位器代替OCXO中控温电桥中的电阻，然后单片机根据锁相环给出的控制信号来控制可程控电位器输出电阻大小从而改变恒温晶体振荡器的恒温温度。通过改变恒温晶体振荡器的恒温温度使OCXO的输出频率改变，从而达到改变恒温晶体振荡器调频范围的目的。本文采用基于CPLD实现的数字锁相环，本锁相环具有锁定速度快、锁相精度高、锁相范围宽的特点。该锁相环可以判断恒温晶体振荡器和标频之间失锁的情况，在失锁情况下还可以给出表示恒温晶体振荡器和标频之间的频率高低关系的控制信号。利用锁相环给出的失锁控制信号，单片机判断并控制可程控电位器输出电阻值，从而改变恒温晶体振荡器的输出频率，最终达到恒温晶体振荡器和标频之间锁定的目的。该方案不仅保证了恒温晶体振荡器原来的频率稳定度，而且把原来的10-7量级的压控频率调节范围扩大到10-6量级甚至更好。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1各种石英晶体振荡器

1.2晶体振荡器的各种技术指标

1.3恒温晶体振荡器简述

1.4恒温晶体振荡器可调频范围扩展

1.5本论文的研究成果与内容安排

1.6小结

第二章可调频范围扩展研究理论分析

2.1晶体谐振器的选择要求

2.2晶体振荡器Q值对电路频率稳定度和相位噪声的影响

2.3传统晶体振荡器调频范围扩展方法分析研究

2.4恒温晶体振荡器原理及调节其恒温温度拓展频率范围研究

2.5小结

第三章前期实验验证与系统分析

3.1前期实验验证

3.2系统组成

3.3小结

第四章系统软硬件设计与结果分析

4.1系统的软硬件设计原理

4.2单片机选择及其控制电路

4.3 X9241可程控电位器原理与系统应用

4.3.1数字电位器选择

4.3.2 X9241工作原理

4.4单片机系统软件设计

4.5锁相环电路的设计实现

4.5.1 ECL整形电路设计

4.5.2数字锁相环的电路原理

4.5.3锁相环电路触发型鉴相器实现

4.5.4锁相环的数字环路滤波器实现

4.5.5数字锁相环的数字压控振荡器实现

4.5.6数字锁相环环路及性能分析

4.6带锁相环的可控恒温晶体振荡器的锁定及秒级稳定度

4.7小结

第五章结论

5.1本方案的特点

5.2该方案的待改进地方

5.3小结

致谢

参考文献

作者在读期间发表论文

附录