【摘 要】
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恒温晶体振荡器具有体积小、功耗低、短期稳定度好等优点,被广泛用于卫星导航、通信、电子仪器、计量等多个领域。恒温晶体振荡器随着工作时间的增加或温度的变化,其输出频率会发生缓慢地漂移,无法独立应用在授时、守时等高精度领域。本文通过对晶体谐振器两端相移变化特性的研究,提出了一种新的晶体振荡器老化补偿技术。在无需外接参考源的情况下,根据谐振器两端相移的变化特性,实现了恒温晶体振荡器的老化补偿。本文的主要工
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恒温晶体振荡器具有体积小、功耗低、短期稳定度好等优点,被广泛用于卫星导航、通信、电子仪器、计量等多个领域。恒温晶体振荡器随着工作时间的增加或温度的变化,其输出频率会发生缓慢地漂移,无法独立应用在授时、守时等高精度领域。本文通过对晶体谐振器两端相移变化特性的研究,提出了一种新的晶体振荡器老化补偿技术。在无需外接参考源的情况下,根据谐振器两端相移的变化特性,实现了恒温晶体振荡器的老化补偿。本文的主要工作内容如下:（1）对恒温晶体振荡器的工作原理及其内部晶体谐振器的等效电路进行深入研究,工作时间的增加或者外界温度的改变会引起谐振器等效电路中等效谐振参数发生非线性变化,从而导致晶振输出频率的变化。对谐振器负载频率以及阻抗角的理论公式进行推导,证明了等效谐振参数的变化会引起晶体谐振器阻抗角的变化,而阻抗角的变化最终会导致谐振器负载频率发生变化。当阻抗角的变化小于1E-12时,可以将晶体振荡器输出频率的变化与谐振器两端相移变化之间的关系近似等效为线性关系。（2）对恒温晶体振荡器谐振器两端的相移和输出信号的频率值进行多次同步测量并提取相移和频率数据。采用等深分箱法,经过多次处理确定其深度参数改变分箱区间,并结合均值滤波对数据进行平滑处理,拟合得到恒温晶振谐振器两端相移变化与输出频率变化之间的数学关系,采用Kalman算法对系数进行多次平滑修正,以相移的变化作为自变量,建立了相移和输出频率之间的数学模型。（3）采用数字化线性比相的方法建立自校准补偿控制系统,对谐振器两端信号的相移进行采集,根据已建立的数学模型和样本晶振的压控灵敏度,获得调节电压值并反馈到样本晶振的压控端。系统选取的数据采集的时间分辨率为0.76ps,而样本晶振的相移的变化量在10s内大约变化4～5ps,故至少以10s为间隔控制一次恒温晶振,实现对恒温晶体振荡器频率漂移的改善。实验结果表明,本文研究的自校准方法能够有效地改善恒温晶体振荡器的老化漂移。恒温晶体振荡器经过自校准系统补偿后,其日老化率由4.49E-9提高到2.52E-10。
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