Кварцевый генератор с температурной компенсацией

1494199Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний.5Цель изобретения - повьппение долговреренной стабильности частоты выходных колебаний.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема кварцевого генератора с температурной компенсацией; на фиг. 2 - структурная электрическая схема частотно-фазового корпаратора; на фиг, 3 - терпературночастотные характеристики первого и 15 второго кварцевого автогенераторов.Кварцевый генератор с температурной компенсацией содержит первый кварцевый автогенератор 1, в состав которого входит первый кварцевый го резонатор 2, второй кварцевый авто- генератор 3, в состав которого входит второй кварцевый резонатор 4, переключатель 5, частотно-фазовый корпаратор 6, формирователь 7 ирпуль са сброса, датчик 8 температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, первый 10 и второй 11 регистры хранения, вычитатель 12 кодов, сурратор 13 кодов, ждущий рультивибратор 14 30 и делитель 15 частоты.Частотно-фазовый корпаратор 6 (фиг, 2) состоит из элемента И 16, частотного корпаратора 17, фазового детектора 18, корпаратора 19, элемента ИЛИ 20, формирователя 21 импульса, инвертора 22 и триггера 23.Кварцевый генератор с температурной компенсацией работает следующим образом.40 На фиг. 3 приведены температурно- частотные характеристики (ТЧХ) первого 2 и второго 4 кварцевых резонаторов Г (Т ) и Г(Т ) с ндентичныри 45 температурными коэффициентами, но с различными значениями температур инверсии Т, и Т, полученными при различных углах среза. Кривые ТЧХ имеют параболическую форму и охватывают диапазон температур от Т , до Тв котором обеспечивается температурная компенсация. Принцип получения сигнала со стабильной частотойзаключается в поперереннор переключении с периодомна общий выход выходов первого 1 и второго 3 кварцевых автогенераторов, частоты выходных колебаний которых равны соответственно Г, и Г , на время соответственно 8 и -71Преимущестном такого решения является то, что оно позволяет получить сигнал с частотой Го путем изменения длительности времени переключения, изменяющейся по линейному закону в зависимости от температуры, Частота Г, соответствует частоте выходных колебаний кварцевых автогенераторов 1 и 3 при температуре Т при этомТ о 1+Т в уТ2 Однако датчик 8, выполненный, напрнрер, в виде террореэистора, имеетнизкую долговременную стабильностьчастоты (так для террорезисторов онаприводит к сползанию его характеристики параллельно первоначальной соскоростью 0,02 С в сутки. Поэтому,если невозможно вручную производитьпериодическую градуировку датчика 8,то необходимо автоматически корректировать сползание характеристики,при этом следует учесть, что скорость старения плохо поддается прогнозированию и, следовательно, не можетбыть сроделирована с достаточнойстепенью точности.Датчик 8 может быть выполнен и сиспользованиер кварцевых резонаторов,Однако в этом случае зависимость еговыходного напряжения от температурынелинейна и конструкция значительноусложняется,Поэтому датчик 8 выполнен в виделинейного датчика терпературы, аего характеристика авторатически корректируется с помощью кварцевых резонаторов 2, 4. Для этого к выходупереключателя 5 подключен делитель15, на выходе которого формируютсяимпульсы с периодомУправление переключателем 5 осуществляется ждущир рультивибраторор14, который запускается с периодома длительность Г, импульса ждущего рультивибратора 14 линейно зависит от температуры. В качестве датчика 8 используется любой датчик температуры с линейной характеристикой,наприрер терроретр сопротивления,диод и другие. Аналоговый сигнал датчика 8 преобразуется при помощи АЦП 9в цифровой код, управляющий длительностью ирпульса ждущего рультивибра50 14941 1 ра 1. 1 л коррск Гировки нременн 1- го ухода статической характеристики датчика 8 температуры от первоначальной применяются следующие меры. В момент включения формирователь 7 форми 5 рует импульс сброса регистров 1 О и 11, поэтому на выходе вычитателя 12 имеется нулевой код, а на выходе сумматора 13 - выходной код АЦП 9. В мо мент, когда температура, окружающая кварцевые резонаторы 2 и 4, проходит через точку Т (фиг. 3) в первый газ, на первом и втором выходах частотно- фазового компаратора б формируются короткие импульсы, производящие за-.пись в регистры 10 и 11 выходного кода АЦП 9. В последующие моменты времени при равенстве частот и фаз колебаний кварцевых автогенераторов 20 1 и 3, т.е. есть при температуре Т импульсы формируются только на втором выходе частотно-фазового компаратора 6, что приводит к смене данных во втором регистре 11 на новые, при этом, если статическая характеристика датчика 8 сместилась параллельно первоначальной, с течением времени код; хранящийся в втором регистре 1 1, не будет равен коду, хранящемуся в первом регистре 10, по 30 этому код коррекции на выходе вычитателя 12 постоянно прибавляется к коду АЦП 9, компенсируя уход статической характеристики датчика 8.35Таким образом, так как температурная стабильность ТЧХ кварцевых резонаторов 2 и 4 намного выше стабильности ссатической характеристики датчика 8, в первый раз, когда температура Т становится равной значению Т запоминаются показания датчика 8, преобразованные в цифровую форму, а затем, в последующие моменты времени, имея опорную точку, при Т = Топре деляют показания датчика 8 и корректируют их в соответствии с запомненным ранее значением так, чтобы разность показаний датчика 8 температуры в различные моменты времени при Т = Тбыла равна нулю.Ждущий мультивибратор 14 запускается с периодом времени Га длительность его импульса с пропорциональна выходному коду сумматора 13,55 В течение действия этого импульса переключатель 5 подключает выход первого кварцевого автогенератора 1 на выход устройства, а в течение ос 99 6тального времени, входящего в периодС , т,е, в течение времени, на выход устройства подключается выход второго кварцевого автогенератора 3.В момент включения сигнал "Сброс" проходит через элемент ИЛИ 20 на вход стробирования компаратора 19, запрещая сравнение напряжений на его входах, поэтому на выходе последнего формируется "О" (поскольку после включения наблюдается переходной процесс, во время которого в один иэ моментов частоты и фазы колебаний могут быть равными, но это наблюдается не при температуре Т, а при температуре в момент включения, что приводит к ложной записи кодов вй регистры 10 и 1). Импульс "Сброс" устанавливает триггер 23 в "1", В процессе работы, когда частоты Й:, и Г не равны друг другу, на выходе частотного компаратора имеется "1", компаратор 19 заперт по входу стробирования. Когда частоты Й 1 иа становятся равными, на выходе частотного компаратора 17 формируется0 , который поступает та кже на вход с тробирования компара тора 1 9 , ра 3- решая сравнение сигналов на входах последнего , т . е . начинает работать ка н ал сравнения частот Г , и Г по фа з е , содержащий фазовый детектор 1 8 и к омпа ра тор 1 9Когда фазы колебан ий частот Е , и Естановятся равными после ого как й сна выходе компаратора 19 формируется перепад изн ч0 в 1 , фиксирующий, равенство частот и фаз колебаний, на выходе формирователя 21 формируется импульс, производящий запись информации во второй регистр 11. Этот импульс инвертируется инвертором 22, следовательно, в момент формирования спада импульса на выходе формирователя 21триггер 23 устанавливается в "0", поэтому на выходе элемента И 16 такжеформируется импульс, длительность которого равна длительности импульса формирователя 21. В первый регистр1 О производится запись информации. Так как после переброса триггера 23 на его К-входе постоянно присутствует "1", все оставшееся время работы с выхода элемента И 16 снимается "0", а с выхода формирователя 21 в моменты равенства частот и фаз колебаний снимаются короткие импульсы, производящие обновление данных во втором регистре 11.1494199 Составитель В.Ролинская Техред Л.Олийнык едактор Л. рректор С.Бекм Заказ 4129/ 884 Подписи НИИПИ сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патен ужгород, ул. ина, 1 Формула изобретенияКварцевый генератор с температурной компенсацией, содержащий первый и второй кварцевые автогенераторы, переключатель, выход которого являет ся выходом кварцевого генератора с температурной компенсацией, а первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, и датчик температуры, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повыщения долговременной стабильности частоты выходных колебаний, введены ждущий мультивибратор, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, сумматор кодов, выходы которого поразрядно подключены к соответствующим входам управления длительностью импульсов ждущего муль 20 тивибратора, делитель частоты, который включен между выходом переключателя и входом запуска ждущего мультивибраторау Вычитатель кодову разрядный выход которого подключен к первому разрядному входу сумматора кодов, первый регистр хранения, разрядный выход которого соединен с первым разрядным входом вычитателя кодов, второй регистр хранения, разрядный выход которого соединен с вторымразрядным входом вычитателя кодов,частотно-фазовый компаратор, первыйи второй входы которого подключены квыходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, апервый и второй выходы которого подключены к входам записи соответственно первого и второго регистров хранения, формирователь импульса сброса,выход которого подключен к установочным входам частотно-фазового компаратора, а также первого и второго регистров хранения, аналого-цифровойпреобразователь, вход которого подключен к выходу датчика температуры,при этом выход аналого-цифровогопреобразователя подключен к информационным входам первого регистра хранения, второго регистра хранения ик второму разрядному входу сумматоракодов,