Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

5 Ц. 1709492 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 05 Н 03 В 5 ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР Я САНИЕ ИЗОБРЕСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТ(21) 4786305/09 тервалов счета, формирователь 13 импуль- (22) 23,01.90 сов управления, первый, второй и третий (46 30.01.92. Бюл. В 4 ключи 14 - 16, датчик 17 температуры, счет- (71) Новороссийское высшее инженерное чик 18 адреса, блок 19 постоянногозапомиморское училище,: . нания, блок 20 сравнения ходов, элемент 21 (72) Ю,С. Иванченко, В.Ф. Самойленко управления частотой, регистр 22 хранения, и И.И. Буймала . цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23. (53) 621.373.5 (088.8) При включении питания в кольце, содержащем (56) Авторское свидетельство СССР модулятор 1, КР 2, первый усилитель 3. возбуж- ЬЬ 934568, кл. Н 03 В 5/32, 03.09.80. даются колебания нетемпературной моды СсЕ 3 естгоп сз - 3 еттегз, чо 21, ЬЬ 5, р. 184-, частотой 1, которые поступают на формирова, 1985 ".,тель 12, а в кольце, содержащем модулятор 1, (54) УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИКР 2, смеситель 5, фильтр 7, второй усилитель КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА . 8, возбуждаются колебания термомоды В с (57) Изобретение относится к области ради- частотой Ь 1. Переключатель 6 подключает в отехники и может быть использовано в ис- этом случае выход смесителя 5 к входуфильточниках высокостабильных электрических тра 7. При совпадении температуры КР 2 с колебаний, Цель изобретения - повышениетемпературой разрыва температурно-частот- точности температурной компенсации, Уст- ной характеристики для термомоды В, во сигройство содержит модулятор 1, кварцевый. налу с датчика 17, первого, второго и третьего резонатор(КР) 2, первый усилитель 3, пер- ключей 14 - 16,счетчика 18, блока 19 иблока ф. вый буферный усилитель (БУ) 4, смеситель 20 формирователем 13 формируется сигнал уп-. 5, переключатель 6 фильтр 7 нижних частот, равления переключателем, который подключавторой усилитель 8, второй буферный уси- ет выход смесителя 5 к входу ПФ 10, Код,пай литель (БУ) 9, полосовой фильтр (ПФ) 10, считанныйсблока 19,подается на регистр 22 и 4 третий усилитель 11, формирователь 12 ин- с его.выхода через ЦАП 23-на элемент 21. 4 ил, ООь10 15 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для создания высокостабильных источников колебаний, автогенераторных датчиков физических величин,Целью изобретения является повышение точности температурной компенсации.На фиг. 1 приведена блок-схема устройство термокомпенсации кварцевого генератора; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя импульсов управления, счетчика адреса, первого, второго и третьего ключей, блока постоянного запоминания и блока сравнения кодов; на фиг. 3 - определение области. разрыва ТЧХ генератора; на фиг. 4 - результирующая ТЧХ генератора, получейная комбинацией двух ТЧХ возбужденных мод.Устройство термокомпенсации кварцевого генератора (фиг, 1) содержит модулятор 1, кварцевый резонатор 2, первый усилитель 3, первый буферный усилитель 4, смеситель 5, переключатель 6, фильтр 7 нижних частот, второй усилитель 8, второй буферный усилитель 9, паласовой фильтр 10, третий усилитель 11, формирователь 12 интервалов счета, формирователь 13 импульсов управления, первый ключ 14, второй ключ 15, третий ключ 16. датчик 17 температуры, счетчик 18 адреса, блок 19 постоянного запоминания, блок 20 сравнения кодов, элемент 21 управления частотой, регистр 22 хранения, цифроаналоговый преобразователь 23.При этом первый усилитель 3 и первый буферный усилитель 4 соединены последовательно, Выход первого усилителя 3 подключен к первому входу модулятора 1, выход которого соединен с кварцевым резонатором 2. Фильтр 7 нижних частот, второй усилитель 8 и второй буферный усилитель 9 соединены последовательно, Выход второго усилителя 8 соединен с вторым входом модулятора 1. Кварцевый резонатор 2, элемент 21 управления частотой первый усилитель 3 соединены последовательно, При этом элемент 21 управления частотойсоединен со смесителем 5; Вход переключателя .6 соединен с выходом смесителя 5. Первый выход переключателя 6 соединен с фильтром 7 нижних чЬстотВторой выход переключателя 6 соединен с последовательно подключенными паласовым фильтром 10;" третьим усилителем 11, вторым буферным усилителем 9, выход котороГо подключен к входу второго ключа 15, Выход первого буферного усилителя 4 соединен с входом формирователя 12 интервалов счета, выход которого соединен с первым входом формирователя 13 импульсов управления и входом управления первого ключа 14. Первый выход формирователя 13 импульсов управления соединен с входом первого ключа 14, выход. которого. соединен. с входом синхронизации счетчика 18 адреса. К выходу счетчика 18 адреса последовательно подключены блок 19 постоянного запоминания и блок 20 сравнения кодов, выход которого соединен с входом уп равления переключателя 6. К выходу блока 19 постоянного запоминания последовательно . подключены регистр 22 хранения и цифроаналоговый преобразователь 23, выход которого соединен. с управляющим входом элемента 21 управления частотой. Второй выход формирователя 13 импульсов управления подключен к входу установки счетчика 18 адреса. Третий выход формирователя 13 импульсов управления подключен к вхо-. ду управления третьего ключа 16 и входу разрешения записи регистра 22 хранения; Четвертый выход формирователя 13 импульсов управления подключен к входу управления второго ключа 15 Выходы второго ключа 15 и третьего ключа 16 соединены со счетным входом счетчика адреса 18 и вторым входом формирователя 13 импульсовуправления. Выход датчика 17 температурысоединен с входом третьего ключа 16,Устройство работает следующим образом,При включении питания и произвольном значении температуры окружающейсреды в кольце генератора, содержащемпервый вход модулятора 1, кварцевый резонатор 2, усилитель 3, возбуждаются колеба;,ния нетемпературной моды С с частотой 1 с,которые подаются на формйрователь 12 интервалов счета. В кольце генератора,.содержащем второй вход модулятора 1, кварцевый резанатор 2, смеситель 5, фильтр нижних частот (ФНЧ) 7,усилитель 8, возбуждаются колебания термомодыВ с частотой 181. Переключатель 6 находится в положении выход смесителя 5- вход ФНЧ 7. Одйако возбуждения колебаний моды В 1 может не произойти вследствие попадания температуры резонатора в область температур на ТЧХ термомоды В, соответст-, вующую разрыву, что приведет к ошибке термокомпенсации генератора. Для устраненИя этой ошибки в схему генератора включен датчик 17 температуры на основе ВС-генератора. По положительному фронту первого импульса, поступившего с формирователя 12 интервалов счета, запускается формирователь 13 импульсов управления и замыкается кЛюч 14. Формирователь 13 импульсов управления выдает последовательность импуль-. совПо первому импульсу замыкается ключ 16 и частотный ВС-датчик17 температуры. подключается к счетному тор 13, и замыкается ключ 14, По первомувходу счетчика 18 адреса и второму входу: импульсу синхронизации замыкается ключформирователя 13 импульсов управления, . 15 и размыкается ключ 16, колебания разно-.По второму импульсу прекращается счет в: .стной частоты Ь 8 = 181 - 1 С подаются насчетчике 18 адреса, ключ 14 размыкается, 5 счетный вход счетчика 18 адреса и второйПо третьему импульсу счетчик 18 адреса об- .: вход формирователя 13 импульсов управлен ляется. Почетвертомуимпульсуразрез- " ния. В остальном цикл работы формировается счет импульсов в счетчике 18 адреса. С.," теля 13 импульсов управления совпадаеУтсчастотой.1 Т"). С приходом положительного , предыдущим циклом работы.фронта второго импульса с формирователя:. 10 В дальнейших циклах работы ключ 1512 интервалов счета датчик 17 температурМ" находится в замкнутом состоянии, а ключ 16отключается и замыкается ключ 15. Код ад- разомкнут. Таким образом, на входсчетчикаеса,.сформированный счетчиком 18 адреса:. 18 адреса подаются колебания включеннойв течение первого интервала счета, поает.", ", , термбмоды с частотой Ь. На выходе счетчися на определенную область памяти.блуа 15 ка 18 адреса код адреса,. сформированный19 постоянного запоминания, соответстау-",; . за интервал счета формйрователем 12 ин, ющего кодам адреса; вырабатываемым,при:.: тервалов счета, поступает на отдельную обсчете импульсов ВС-генераторз; Из блока.: ласть памяти блока 19 постоянного19 постоянного запоминания. извлекаетея:. запоминания, из блока 19 согласно адресукод, который сравнивается с кодом, эапи выбирается код, который. подается в блок 20санным в блоке 20 сравнения кодов; По ре- сравнения кодов. По результату операциизультату операции сравнения происходит-:сравнения происходит управление переуУравление,переключателем б При этом,:. ключателем 6, На другую область памятиесли в результате операции сравнения оЬ-, блока 19 постоянного запоминания поданаружено, что ТЧХтермомоды Всчастотой.25 ется, этот же код адреса, по которомуколебаний Ь находится в области разрыва;: определяется заранее занесенный код, со, то переключателЬ 6 замыкает выход смеси.". ответствующий напряжению управления,.теля 5 на вход полосового фильтра 10. 8подаваемогонаэлемент 21 управлениячастате образуется кольцо генератора . тотой; Код, считанный с блока 19 постоянновторой вход модулятора 1, кварцевый резо го запоминания, . подается на регистрнатор 2 смеситель 5, полосовой фильтр 10;,хранения и с его выхода на цифроаналогоусилитель 11, в котором возбуждаются. коле-: вый,преобразователь 23 а затем уже в видебания гармоники моды В с частотой Хе 1, не управляющегО напряжения оодается наимеющейразрываТЧХприэтойтемперату- элемент 21 управления частотой, Так как35 каждому значению температуры могут соотТаким образом, в течение первогоин- ветствовать два различных значения частотервала счета определяется, находится.ли. ты на выходе блока 9, которые в результатевозбуждаемая термомода в области разры- преобразования являются различными ко-,ва своей ТЧХи включается литермомода не дами адреса, то запись в блоке 19 постоянимеющая разрыва(фиг,З.Для исключения 40 ного запоминания произведена такимвозникающей неоднозначности в определе-образом, что любому из двух значений адрении области разрыва ТЧХ термомоды тер- са будет соответствовать один и тот же кодмодатчиком на основе ВС-генератора компенсирующего напряжения.область разрыва должна находиться внутри Неоднозначность между частотой сигинтервала между ближайшими узловыми 45 нала ЬЬ или 1 (Т) и температурой, обусточками ТЧХ ВС-генератора. Такой прин- ловленная набегом фазы между. интерваломципобнаружения областираэрываТЧХтвр- . . счета и частотой заполняющих импульсов,момоды по включению питания генератора . устраняется за счет того, что момент срабапоэволяет не предъявлять высокие требова- тывания переключателя 6 определяется кония к точности Измерения температуры 50 дом, соответствующим узловой точке ТЧХ.ВС-датчиком, т. к. узловые точки ТЧХ. ВС- Узловая точка определяется из выражениядатчика могут быть заданы произвольнопо,отношению к узловым точкам ТЧХ термомо-МТ) = ЙТ 0)Лсч,ды, причем терморезистор может бйть на- где Й(Т- целое число;пылен или наклеен на кварцевый 55 1(Т) - частота датчика температуры;1 сч - частота повторения импульсов сче-.По положительному фронту второго им- та.пульса, поступившего с формирователя 12Первый буферный усилитель 4 преднаэинтервала счета, запускается синхрониза.-. начен для согласования выходного сопро5 10 его первом выходе появится, сигнал "1". После появления сигнала "1" на входе 0.002 35 55 тивления кварцевого генератора с входным сопротивлением последующей электрической схемы. Вторбй буферный усилитель 9 предназначен для согласования выходного сопротивления усилителей 8 и 11 с входным сопротивлением ключа 15,Принципиальная схема цифровой части устройства термокомпенсации кварцевого генератора выполнена на элементах 001- 001, ЧТ 1-ЧТ 2 (фиг. 2)., Схема работает следующим образом.В результате формирования периода счета блоком 12 на вход регистра 00 1.1, который является входом формирователя 13 импульсов управления, начинают поступать импульсы счетаНа тактовый вход ОО 1,2 поступает сигнал разностной частоты Л Ь или . сигнал с выхода ЙС-генератора микросхемы 003,1-003.2 с частотой 1(Т). Схема формирователя импульсов управления работает следующим образом. Пусть регистры 001.1, 1.2, 2 находятся в нулевом состоянии, Тогда сигнал "0" с первого выхода 002 разрешает прохождейие импульсов с частотой 1 (Т) в счетчик адреса 005 и ключ 004.1 находится в замкнутом состоянии, а ключ 004.2 разомкнут. С приходом первого положительного перепада напряжения с выхода формирователя 12 интервалов счета на вход 001 1 на по первому положительному перепаду на его тактовом входе С сигнал "1" появится на первом выходе 00,2, По этому сигналу прекращается счет в счетчике адреса 005, 001.1 обнуляется. С приходом второго тактового импульса на 002 на его втором входе появляется сигнал "1", по которому счетчик 005 обнуляется, а на первом выходе появляется сигнал "0", по которому разрешается счет в 005,. По приходу третьего. тактового импульса прекращается обнуление счетчика 005 и он начинает подсчитывать импульсы с частотой 1 (Т). С приходом импульса синхронизации с выхода делителя частоты на вход регистра 001.1 цикл повторяется, Таким образом, после каждого цикла счетчика 005 имэ ПЗУ 007 извлекаетея код, соответствующий коду на выходе 005.С приходом второго имплульса синхронизации на вход регистра 001.2 на его втором выходе появится сигнал "1", по которому ключ 004,1 размыкается, а 004,2 замыкается и на вход счетчика 005 поступают импульсы с частотой ЬЬ,.Таким образом, при включении питания генератора в течение первого еформированного периода счета на вход счетчика 005 поступают импульсы с частотой 1(Т), по которым про 15 20 25 40 45 50 исходит операция обнаружения разрываТЧХ термомоды с частотой тв 1Схема обнаружения разрыва ТЧХ работает следующим образом,Код на выходе счетчика, сформирован.ный.из импульсов с частотой 1 (Т), являетсаадресом для ППЗУ 007, который подается нФПЗУ через йреобразователь. уровня 006;причем коды из ППЗУ извлекаются лишь втом случае, если код адреса ППЗУ соответствует.узловой точке ТЧХ.Запись в ПЗУ произведена таким образом, что любому коду адреса, соответствующему узловым точкам ТЧХ ВС-генератора и .сигнализирующему страницах области раз-:рыва ТЧХ частоты 1 в 1, соответствует код АЗ,.а всем другим значениям кода адреса соответствует код А 4. В блоке сравнения кодов20, выполненном на элементах 008"10, длясравнения кода, соответствующего частотеЯС-генератора, используется элемент0010. На один вход элемента 0010 поданкод ВЗ, при выполнении условия ВЗ =АЗ навыходе 0010 появляется уровень напряжения логической единицы, который сигнали-.зирует, что возбуждаемая частотанаходится в области разрыва собственнойТЧХ и переключает переключатель 6 в положение вход-выход по цепи смеситель 5 -полосовой фильтр 10, что приводит к возбуждению термомоды с частотой Рв 2. Еслииз ПЗУ извлечен код А 4, то в результатесравнения А 4ВЗ на выходе 009 появитсялогический "0", что не приведет к переклю-.чению переключателя 6, и будет включенокольцо возбуждения с частотой 1 в 1, т, к. приданной температуре отсутствует разрывТЧХ частоты 1 в 1.После прихода.,второго импульса синхронизации на вход 001.2 отключается ЙСгенератор и к счетчику 005 подключаетсявыход формирователя импульсов ЧТ, 1,2;,003.3 с частотой Ь явь С этого момента датчиком температуры является кварцевый резонатор 2, возбужденный на термомоде счастотой 1 в 1, Частота поступает на входсчетчика адреса 18; формирующего код адресаПЗУ, причем запись в ПЗУ 007 произведенатаким образом, что из ПЗУ код извлекаетсялишь в том случае,.если код адреса саответствует узловой точке ТЧХ возбуждаемойтермомоды, Любому коду адреса, соответствующему частоте Атвуд и сигнализирующе;му о разрыве ТЧХ, соответствует код А 1,.записанный в ПЗУ 007, а коду адреса соответствующему частоте Ь тв 2 и сигнализирующему о разрыве ТЧХ, - код А 2. Если кодадреса не соответствует ни одному из перечисленных условий, то из ПЗУ 007 извлека. тах 005-006; записаны два кода В 1:и В 2.При вцйолнении одного из условий А 1 В 1А 2 - В 2, что соответствует обнаружению,5точки разрыва ТЧХ,на выходе блоке 20,сравнения кодов появляется уровень логи;ческой "1 ф, который поступает на трйггер.: .Каждый раз при появлении уровня логич,ской "1", триггер будет менять свое состояние на противоположное, Управляющеенапряжение с выхода О-триггера,. соответ-"ствующее его состоянию, поступает на управляющий вход переключателя 6 Такийобразом происходит включение тока колъца 15возбуждения колебаний с.частотой 1 вьв: ко.тором отсутствует разрыв ТЧХ термочувст-.вительной моды (фиг, 4),Код адреса, сформированный в счетчи-,ке 18 адреса, подается также и на ИЗУ 200012. При этом запись в ПЗУ 0012 пройзведена таким образом, что по любому йздвух адресов, соответствующих одной тем-.пературе, занесен один и тот же код компенсирующего напряжения, Объем ПЗУ.25определяется из необходимой точности термокомпенсации. Формула изобретенияУстройство термокомпенсации кварце вого генератора, содержащее модулятор, смеситель, последовательно соединенные первый усилитель и первый буферный усилитель, кварцевый резонатор, первый. вывод которого подключен к выходу 35 модулятора, последовательно соединенные фильтр нижних частот,. второй усилитель и второй буферный усилитель, при этом выход реключатель, полосовой Фильтр и третий усилитель, выход которого подключен к второму входу модулятора, последовательно соединенные счетчик адреса, блок постоянного запоминания, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, блок сравнения кодов, вход которого подключен . к выходу блока постоянного запоминания, а выход - к управляющему входу переключа теля, Формирователь импульсов управления, первый выход которого через введенный первый ключ подключен к входу синхронизации счетчика адреса, второй ключ, который включен между выходом третьего усилителя и счетным входом счетчика адреса, последовательно соединенные датчик температуры и третий ключ, выход которого соединен.с первым входом формирователя, упраеляющих импульсов и счетным входом счетчика адреса, формирователь интервала счета, который включен между выходом первого буферного усилителя и вторым входом Формирователя управляющих импульсов, элемент управления частотой, который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и входом смесителяпри этом управляющий вход элемента управления частотой подключен к вы-, ходу цифроаналогового преобразователя, управляющий вход первого ключа подключен к выходу формирователя интервала счета, второй вйход формирователя управляющих импульсов подключен к входу установки, счетчика адреса, третий выход формирователя- управляющих импульсов подключен к входу управления третьего ключа и входу разрешения записи регистра хранения, четвертый выход формирователяпервого усилителя подключен к .первому . входу модулятора, выход второго усиаителя 40подключен к второму входу модулятора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью повышения точности температурной компенсации,введены последовательно. соединенные пе-.управляющих импульсов подключен к входу управления второго ключа, вход переключателя подключен к выходу смесителя, второй выход переключателя. подключен к входу фильтра нижних частот, вход первого усилителя соединен с входом смесителя.1709492 Апоша; АГ=И Глюка; Аг=ж переклюцение но Фюг аереклюцение на Ы гСоставитель В,СамойлТехред М.Моргенуал К ктор Л.Бески,Цитки ктор комитета по изобретениям Москва.Ж-Зб, Рауиская на рственн 11304 венно-издательский коил е Л т",Гагарин жгород роизво Заказ 435 ВНИИПИ ОдпиСнОЕи открцти ри ГКНТ СССР