Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 80116а)НОЗВ 5 32 ТЕНИЯ1 ИСА ИЗО Н ТОРС У СВИ ТЕЛЬС Ч иг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Омский политехнический институт(56) Альтшуллер Г. Б. Управление частотой кварцевых генераторов. М., Связь,1975, с. 75.Авторское свидетельство СССР1084938, кл. Н 03 В 5/32, 1981 (прототип),(54) (57) УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА,содержащее термодатчик, аналого-цифровойпреобразователь и последовательно соединенные блок постоянного запоминания,цифроаналоговый преобразователь, фильтрнижних частот и кварцевый генератор,отличающееся тем, что, с целью повышенияточности термокомпенсации введены первыйи второй широтно-импульсные модуляторы,тактовый генератор, делитель частоты, элемент сов;. чения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сумматор, при этом выходыр старших разрядов аналого-цифровогопреобразователя соединены с первой группой входов сумматора, выходы д младших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами первого и второго широтно- импульсных модуляторов, выход тактового генератора подключен к тактирующему входу первого широтно-импульсного модулятора и к входу делителя частоты, выход которого подключен к тактирующему входу второго широтно-импульсного модулятора, выход первого широтно-импульсного модулятора соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго широтно- импульсного модулятора соединен с вторыми входами элемента совпадения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу ф старшего адресного разряда блока постоянного запоминания, выход элемента совпадения подключен к входу младшего разряда второй группы входов сумматора, входы других разрядов которой соединены с общей шиной, выходы сумматора соединены с Я соответствующими адресными входами блока постоянного запоминания, а выход термодатчика подключен к входу аналогоцифрового преобразователя.Устройство относится к радиотехникеи может быть использовано в системахстабилизации частоты.Цель изобретения - повышение точности термокомпенсации.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства термокомпенсации кварцевого генератора; нафиг. 2, 3 и 4 - диаграммы его работы.Устройство термокомпенсации кварцевогогенератора содержит термодатчик 1, ана;лого-цифровой преобразователь (АЦП) 2,сумматор 3, блок 4 постоянного запоминания,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5,фильтр 6 нижних частот, кварцевый генератор 7, первый широтно-импульсный модулятор 8, второй широтно-импульсный модулятор 9, тактовый генератор 10, .делитель 11частоты, элемент совпадения 12, элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. Совокупностьсумматора 3, первого и второго широтноимпульсных модуляторов 8 и 9, делителя 11,элементов совпадения 12, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 образуют формирователь адреса 14.Устройство термокомпенсации кварцевогогенератора работает следующим образом.Весь рабочий интервал температур разбитна 2 - 1 участков шириной Т, названныхинтервалами интерполяции, Границам интервалов соответствуют температуры То,ТТТг -(узлы интерполяции),где Т - нижняя граничная температура;Т- верхняя граничная температура.Примем следующие обозначения;13 О 13 13".13 ю -- значения термокомпенсирующих напряжений вузлах интерполяции;13 о 13 Б 13 р- значения термокомпенсирующих напряжежений в узлах интерполяции;То Т Т 1 Тр- значения температур.расположенных в серединах интервалов интерполяции,О, 1, 2 2 - 2 - номера интервалов интерполяции (фиг. 2),В блоке 4 имеются две области.Количество слов первой области равно 2,а во второй - 2 - 1, Причем, перваяобласть соответствует адресам со старшимразрядом, равным логическому нулю, а вторая - со старшим разрядом, равным логической единице. В порядке возрастанияномеров адреса в первой области записаны коды напряжений 13 о, 13, Л 3 е(3 юа во второй области коды напряженийи н /-О 13" Б .132 Р - 2, где напряжения из второйобласти определяются по формулеБю=2 Ш - -+ ы -=0,12"(1).гКод температуры, получаемый с помощьютермодатчика 1 и АЦП 2, условно делится на р старших и д младшихразрядов. Формирователь адреса 14 в 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 соответствии с кодом старших разрядов равным номеру интервала интерполяции, допустим , формирует периодическую последовательность адресов напряжений Ш, БК и Ц.1 Последовательность адресов преобразуется в последовательность кодов напряжений с помощью блока 4, а затем в последовательность самих напряжений с помощью ЦАП 5. Период последовательности равен 1 п. Вид последовательности зависит от относительного положения температуры окружающей среды внутри интервала интерполяции. Введем относительную координату :(2) где Тс - температура окружающей среды. В пределах интервала интерполяции Тс изменяется от нуля до единицы. Получая информацию ов цифровом виде с д младших выходных разрядов АЦП 2, формирователь адреса 14 задает суммарные длительности импульсов напряжения Ы - я, напряжения 13 - т 1 и напряжения Б;+ - ы за период 1:т= (1 - ) 1 пт"=2 (1 - ) Ь (3)т+= 1 п2Сумма т, ти, т+равна 1 п. Фильтр нижних частот 6 выделяет постоянную составляющую (3( ) периодической последовательности напряжений Ы, 13 и 13+ за период 1 п:13 Я: )=БЛ+Ы +13+ "ф" (4) Напряжение д:) поступает на управляющий вход кварцевого генератора 7. На фиг. 3 изображены зависимости усредненных за период напряжений 13, Ю, Ы ц и 13 Я:) от относительной координаты Кривой а соответствует напряжение 13, кривой в - напряжение 1 П, кривой с напряжение Ю+, кривой д - напряжение Ы Д:1), Покажем аналитически, что термокомпенсирующее напряжение 13 (:) в пределах интервала интерполяции изменяется по квадратичному закону и включает точки (Т Б) (Т 13 ), (Т, 13+), Подставим в выражение (4) формулы (1) и (3):13(:) =13(1 - ) (1 - 2)+4 О(1 - )++13 м (2 - 1) (5) Напряжение 13 Я:1) действительно представляет собой полином второй степени координаты , а следовательно, и температуры окружающей среды (2). Учитывая, чтоЛТ=Т - Т=2(Т- - Т ) =2(Т - Т), вычислим значенияв указанных выше точках и подставим их в формулу (5):с Тп=Т =013 (О:1) =13Тс=Тс =0,513 (0,5;1) =ОТс= Т+= 113(1;) =БфФормула (5) действительно включает указанные точки.Коды адресов напряжений 1.1 У и 1.11+1 получаются с помощью формирователя адреса 14, Старший адресный разряд блока 4 образуется выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. При наличии на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 логического нуля из блока 4 извлекаются коды напряжений 1.1 и И+1 (из первой области), а при наличии логической единицы код напряжения 1.) (из второй области). Код младших разрядов адреса образуется на выходных шинах сумматора 3 при суммировании кода р старших выходных разрядов АЦП 2 и логического состояния выхода элемента совпадения 12. Если на выходе элемента совпадения 12 устанавливается логическая единица, то номер сформированного адреса увеличиваетсл на единицу, например адрес напряжения А изменится на адрес напряжения Ыф, Пусть температура окружаюшей среды равна Та, которой соответствует интервал интерполяции 1 и относительная координата , отличающаяся оттем, что может принимать только дискретные значения от нуля до единицы, кратные 1/2 ч. Частота тактового генератора 10 определяет период следования импульсов на выходе первого широтно-импульсного модулятора 8, равный 1 п/2 и, на выходе второго широтно-импульсного модулятора 9, равный Ь. Код, поступающий с д младших выходных разрядов АЦП 2, преобразуется первым и вторым широтно-импульсными модуляторами 8, 9 в последовательности импульсов с длительностями 1 п/2 ч и 1 п соответственно. За период Ь на выходе элемента совпадения 12 появится2 ф импульсов с длительностями 1 п/2 ч. Импульсы на выходе элемента совпадения 12 формируют адрес напряжения 1.1 +1, так как во время их появления. на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 устанавливается логический нуль. Суммарная длительность импульсов напряжения 11+1 за период 1 п составитТ 1+1= ( ) ф 1 п (6) На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 за период Ь появятся две группы импульсов. А первой группе содержится2 ф импульсов с длительностями (1 - )Ь/2, а второй группе - (1 - ) 2 ф импульсов с длительностями 1 п/2 ф, Во время их появления на выходе элемента совпадения 12 присутствует логический нуль, следовательно, эти импульсы формируютиадрес напряжения 1.11, Суммарная длительность импульсов напряжений на выходе ЦАП 5 за период Ь составит:т"=2 (1 - ) Ь. (7)5 10 15 В остальные моменты времени, когда на выходах элемента совпадения 2 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 одновременно присутствует логический нуль, формируется адрес напряжения 1.1, Суммарная длительность импульсов напряжения 111 определяется по формулет= 1 п - т 1 - 71 1Подставим выражения (7 и (6)т 1=1 п(1 -) .На фиг. 4 изображены эпюры напряжений для д=3 и =-з-, где цифрами обозна 5чены:1 - выход первого широтно-импульсного модулятора 8;П - выход второгомодулятора 9;111 - выход элемента совпадения 12;1 Ч - выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13;Ч - выход ЦАП 5. широтно-импульсного Частота среза фильтра 6 нижних частотпо уровню 3 дБ определяется из условия 1 а -1Йагде 1 с - частота среза.Проведенные исследования показали, чтов устройстве термокомпенсации кварцевого 25 генератора в пределах каждого интервалаинтерполяции в температурно-частотной характеристике полностью устраняется влияние линейной и квадратичной составляющих.Модуль максимальной ошибки термокомпенсации может быть определен по формуле 30 о 1 маа= ЯЗ (ЬТ)%где Яз - коэфициент при кубическом характере температурно-частотной характеристики;ЛТ - величина интервала интерполяции.Для кварцевого генератора с параметрами резонатора а 1 - 4,228 10 , а - 8,2810 з; аз в 1,276 10 д при интервале интерполяции 10 С температурная нестабильность частоты составляет 6,5 109, а для интервала интерполяции 5 С - 7,6 1 О 1 п.4 О При этом для 10-градусного интервалаинтерполяции в интервале температур - 60 +90 С в блоке 4 необходимо хранить 31 слово, а при 5-градусном интервале интерполяции - 63 слова. Максимальная ошибка термокомпенсации остается постоян ной во всем интервале рабочих температур.К достоинствам устройства термокомпенсации кварцевого генератора следует отнести технологичность его настройки, повышение помехоустойчивости.Снижение пульсаций на выходе фильтра6 нижних частот может быть достигнуто уменьшением его частоты среза или повышением частоты тактового генератора 10.. Руданес Соста вителТехред И. ВТираж 872ПИ Государственделам изобретеМосква, Ж - 35,П Патент, г. У Редактор В. КовтунЗаказ 4442/51ВНИИн13035,Филиал ПП орректор В. СннинкПодписноеСССРийд. 4/5Проектная, 4 ого комитета ий и откры Раушская на жгород, ул.