新型VCOCXO控温原理及实现方法研究

提出了VCOCXO的一种新型控温方法 ,论述了其控温原理及实现 .从而研制成频率温度稳定度达到± 1× 10 -8( - 40～ 70℃ ) ,体积为 2 5mm× 2 5mm×

恒温晶振(OCXO)计算机辅助调试和自动测试系统

介绍恒温晶振 (OCXO)调试和测试的基本原理 ,讨论 OCXO计算机辅助调试和自动测试系统的设计要点和关键技术 ,包括系统功能与结构 ,软、硬件设计要点等。该系统已投入实际使用 。

微机控制OCXO测温电路的设计与分析

论述了一种采用热敏电阻电桥和高精密、低温飘、低功耗的运算放大器为微机控制OCXO设计测温电路的方法,并从多个角度对电路进行了深入透彻的分析。实验表明,这种测温电路结构简单、测温精度高、控温稳定性好。

极端环境下恒温晶体振荡器的传热过程仿真

晶体是恒温晶体振荡器的核心部件,需要保持温度恒定不变,外部环境温度的巨大变化必将影响晶振输出频率信号的稳定性。根据恒温晶体振荡器的工作状态和机制,建立其在稳态下传热过程的数学模型,探究晶体在高低温环境下的热稳定性,重点分析不同环境温度下功率管输出功率对晶体温度的影响,并利用恒温晶体振荡器实际运行过程中的数据进行验证。结果表明通过仿真得到的数据与实测数据基本一致,当环境温度分别为-40℃、25℃和70℃时,要使稳定后的晶体温度恒定为85℃,相应功率管稳定后的输出功率应为3.95 W、1.42 W和0.74 W。通过调节功率管的输出功率来使晶体在极端环境下达到预设温度并保持恒定,进而使晶振有较高的频率稳定度和较低的相位噪声水平,保证高精度的时钟信号输出。

一种小型化低相噪恒温晶体振荡器的设计

在恒温晶体振荡器的工作原理及主要指标分析的基础上,通过采用低相噪电路设计技术,选用具有高Q值、低老化的SC切晶体谐振器,以保证恒温晶体振荡器的低相噪和高稳定度;通过高精度的温度控制电路设计技术以及合理的热结构设计,以实现恒温晶体振荡器的高频率温度稳定度。结果表明恒温晶体振荡器在小体积尺寸下(20mm×20mm×12mm),其相位噪声达到-110dBc/Hz@1Hz,短期稳定度达到6.85×10^(-13)/1s。

一种宽频率调节的精密OCXO

在精密标准频率控制仪器中,常常需要既能在宽频率范围调节又能够保持高频率稳定度和低相位噪声的可控晶体振荡器.为了实现宽频率范围调节,不得不采用拉动性好但是稳定度和老化率较差的基频晶体振荡器.虽然基于SC切泛音晶体的高精度恒温控制晶体振荡器(OCXO)显现出非常高的频率稳定度和低老化率,但是它的电压控制频率调节范围很窄,无法在锁相受控的情况下使用.针对更宽的频率调节范围,笔者提出一种新的方法,即通过对温度控制来调节OCXO的频率.所有精密OCXO的良好性能都可以保持下来,同时,原来的10-7量级电压可控频率范围提高到5×10-6量级或者更宽.这样就能够在需要长期稳定锁定的频率源,如星载的原子钟中得到应用,保证了系统稳定优良的指标.

基于GRU神经网络的恒温晶振频率漂移预测

恒温晶振作为新时代5G通信系统的重要器件,其频率稳定性相当重要,准确预测恒温晶振频率漂移可以提高系统工作状态的安全性与可靠性。为进一步提高频率漂移预测精度,满足5G通信系统需求,提出了一种基于门控循环单元(GRU)神经网络的晶振频率预测模型。该模型同时考虑温度、老化两种因素,并利用神经网络具有出色的自适应性与非线性泛化能力,学习恒温晶振频率漂移变化规律。最后以14 d实测数据为例进行研究分析,并与循环神经网络、长短时记忆神经网络做对比实验,以均方根误差、平均绝对误差、算法运行时间作为评价指标,结果表明GRU网络具有更高的预测精度、更快的运算速度。

加热电流对恒温晶振温度稳定性的影响

通信技术的发展对恒温晶振的小型化需求越来越高。在设计一款小尺寸的恒温晶振时发现,环境温度从-40℃到85℃时,频率曲线一致向上,难以满足±3×10^(-9)频率温度稳定度要求。经分析表明,晶振的加热电流随环境温度而变化,在通过低电导率的接地引线时引起晶振PCB内的地电压波动,进而导致变容管的偏置电压发生变化。采用双地法和补偿法解决了加热电流引起的地电压波动对恒温晶振温度稳定性的影响。

OCXO高精度时间维持的自适应修正算法

针对广泛使用的低功耗、低成本、小体积恒温晶体振荡器(OCXO)在没有外部高精度时钟源校正的情况下难以长时间维持高精度授时的问题,分析了OCXO驯服系统的噪声特性以及晶体振荡器的老化特性和温度特性;建立OCXO驯服系统的自适应控制模型并采用增广最小二乘算法,解决了OCXO长时间在没有参考时钟的情况下频率精度降低的问题。在考虑参考时钟失锁条件下,对模型和算法进行仿真验证,结果表明:与常用的OCXO驯服保持模型相比,提出的模型具有最佳的逼近性能。

新型VCOCXO设计

叙述了一种新型的压控恒温晶体振荡器(VCOCXO)的设计方案。在恒温晶体振荡器(OCXO)研究的基础上,通过对芯片的挑选,电路的设计和改进后,研制成温度稳定度小于±5×10-8,频率稳定度达1-0 8数量级,电源电压为+12 V,外形尺寸为35.8 mm×25.7 mm×15 mm的小型高稳晶体振荡器。高度的集成度使电路简化,降低了功耗,提高了器件的可靠性。

一种用于TCOCXO的数据修调电路

采用VIS 0.15μm BCD工艺设计了一款应用于温度补偿恒温晶体振荡器(TCOCXO)专用集成电路(ASIC)的数据修调电路。该数据修调电路由逻辑控制电路和一种电可擦可编程只读存储器(EEPROM)构成,主要功能是完成TCOCXO ASIC中温度补偿的控制及实现芯片的多模式工作。与通过模拟函数发生器实现的补偿方式相比,使用该数据修调电路实现的温度补偿方法可以实现更高的补偿精度和更小的芯片面积。通过该电路对TCOCXO ASIC进行调试与配置,搭载该ASIC的晶体振荡器在温度为-40~85℃时频率-温度稳定度可达SymbolqB@5×10^(-9)。TCOCXO ASIC的测试结果表明,这种修调方法在减小芯片面积的同时可以实现更高精度的频率-温度补偿。

高精度时钟芯片在OBN中的应用

我国海洋油气资源丰富,海洋油气资源勘探是未来国家油气勘探开发的重要领域。OBN是当前海洋地震采集的主流仪器,OBN内部使用的时钟芯片的精度是评鉴地震采集资料的主要因素之一。本文重点介绍了恒温晶振及芯片级原子钟等高精度时钟芯片的原理,以及其在OBN中所关注的主要性能指标,通过几种时钟芯片在OBN中的实际应用及测试数据对比,说明高精度时钟芯片能够满足OBN在水下作业的性能要求,为OBN在海洋油气资源勘探领域的应用打下良好的基础。

基于合并单元装置的高精度时间同步技术方案

智能变电站的发展对合并单元的时间同步性能提出了更高的要求,研究如何实现高精度的对时和守时功能是智能变电站发展的现实需要。文中从授时源误差、晶振特性、守时算法、逻辑处理等主要因素出发,针对合并单元装置的对时及守时技术需求,探讨了高精度时间同步的设计与实现方法。在此基础上,提出一种具有工程意义的合并单元时间同步技术的实现方案。该方案以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,在FPGA内部使用不同功能模块实现各个环节的逻辑设计,并通过CPU与FPGA的相互配合实现精确的时间同步及良好的守时性能。合并单元时间同步性的试验结果及其在智能变电站的实际应用表明,该技术满足了智能变电站内合并单元装置时间同步功能的要求。

高稳恒温晶体振荡器晶体拐点的自动调试

为了缩短高稳恒温晶体振荡器(OCXO)的开发周期,推动其批量化生产,利用计算机强大的分析控制能力以及计算机与外围设备方便可靠的通讯,提出了一种OCXO拐点自动调试的方法。实验研究表明这种方法可以有效优化OCXO的启动特性,3min内其稳定度可达1×10–8,提高OCXO的频率稳定度,其长期频率稳定度为0.5×10–8。

基于TDC的GPS驯服恒温晶振系统设计

为满足测控系统对高精度时间频率的要求,设计了一种基于时间数字转换器(TDC)的驯服恒温晶振系统。使用GPS对恒温晶振进行实时校准,获得了高精度的频率信号。通过TDC测量时差数据计算得到恒温晶振的频率准确度,其时差测量精度达到250 ps。采用优化的递推平均滤波算法对时差数据进行滤波处理,消除了GPS秒信号抖动引入的干扰,缩短了频率驯服时间,频率驯服精度优于3×10-11。

恒温温补石英晶体振荡器

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最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;最大功耗为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。

一种恒温晶振专用集成电路芯片设计

介绍了一种基于BiCMOS工艺的恒温晶振专用集成电路芯片。该芯片集成了分立式恒温晶振的大部分有源和无源器件,包括稳压、振荡、控温和输出缓冲等单元电路。稳压、振荡等对相位噪声影响较大的电路其关键部分采用双极工艺器件设计;控温、输出缓冲等电路采用CMOS工艺器件设计;二者结合降低相位噪声的同时减少了芯片版图面积。稳压电路引入了动态补偿网络,以增强电路稳定性;振荡电路采用科尔匹兹并联振荡电路,该电路所需器件少且工作稳定,利于集成。实测结果表明,用该芯片结合10 MHz SC切晶体谐振器研制的恒温晶振样品相位噪声达到-103 dBc/Hz@1 Hz,-128 dBc/Hz@10 Hz,-142 dBc/Hz@100 Hz,-151 dBc/Hz@1 kHz;频率-温度稳定性在-55～+70℃范围内优于±2×10-8。

多AUV协作时钟同步控制算法设计与实现

鉴于多自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同作业中时钟同步技术的重要性,设计了一种基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)的精确时钟同步方案。首先分析了时钟同步过程中误差的来源,并提出了线性回归和卡尔曼滤波算法,对误差进行了有效补偿,确保AUV时钟与全球定位系统(global positioning system,GPS)时钟精确同步。然后利用DSP、GPS模块以及恒温晶振完成了时钟同步控制的硬件实现,时钟校准实验表明,该控制算法大大提高了时钟同步过程中的授时精度和频率稳定度,满足多AUV协同作业在时钟同步方面的需求。

小尺寸恒温晶体振荡器控温系统设计

对比分析了小尺寸OCXO恒温槽与传统OCXO恒温槽温度特性的差别 ,以及由此而引起的问题 .根据主要影响因素 ,提出了温度补偿算法 .基于该算法 ,设计了一种适用于小尺寸OCXO的温度控制系统 .经实践证明 ,采用该方法可以大大提高小尺寸OCXO频率温度特性 .

时间频率基准源的原理和设计

本文介绍了时间频率基准源的基本概念,描述了其基本工作原理,并给出了一种实际设计以说明时间频率基准源的一般结构。