改进型恒温晶振三次方补偿电路的研究与设计
2020年电子技术应用第9期
谭传武，刘红梅
湖南铁道职业技术学院 电务技术学院，湖南 株洲412001
摘要： 通信系统中收发同步离不开精确的时钟频率源，时钟频率源的精确与否直接影响系统的可靠性，而AT切晶体是频率源的重要组成部分，其频率与温度呈现三次函数的变化关系，导致其不适应较宽温度范围的应用场景。为克服温度对频率的直接影响，设计了一种用于温度补偿的三次函数发生电路，包括基准源、一次方电压产生电路、三次方产生电路及相加电路，在工作时能与AT切晶体产生的负温度系数相抵消。仿真结果表明，基准源电路恒定输出1.8 V，三次方电路输出波峰1.65 V、波谷0.85 V，加和后经调整的补偿电路产生波形波峰2.04 V、波谷1.74 V，很好地抑制了来自温度变化引起的频率误差，解决了振荡器输出频率随温度变化的问题。
中圖分類號： TN433
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200258
中文引用格式： 譚傳武，劉紅梅. 改進型恒溫晶振三次方補償電路的研究與設計[J].電子技術應用，2020，46(9)：51-56.
英文引用格式： Tan Chuanwu，Liu Hongmei. Design of cubic compensation circuit for constant temperature crystal oscillator[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：51-56.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200258
中文引用格式： 譚傳武，劉紅梅. 改進型恒溫晶振三次方補償電路的研究與設計[J].電子技術應用，2020，46(9)：51-56.
英文引用格式： Tan Chuanwu，Liu Hongmei. Design of cubic compensation circuit for constant temperature crystal oscillator[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：51-56.
Design of cubic compensation circuit for constant temperature crystal oscillator
Tan Chuanwu，Liu Hongmei
Department of Communication and Signal，Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China
Abstract： In the communication system, the receiving and transmitting synchronization can not be separated from the accurate clock frequency source. The accuracy of the clock frequency source directly affects the reliability of the system. AT cut crystal is an important part of the frequency source. Its frequency and temperature show a cubic function relationship, which makes it not suitable for a wide range of temperature application scenarios. In order to overcome the direct influence of temperature on frequency, this paper designs a kind of cubic function generating circuit for temperature compensation, including reference source, primary voltage generating circuit, cubic generating circuit and adding circuit, which can cancel the negative temperature coefficient produced by AT cut crystal in operation. The simulation results show that the reference circuit has a constant output of 1.856 V, the third-order circuit has a peak of 1.65 V and a trough of 0.85 V, and the added compensation circuit has a peak of 2.04 V and a trough of 1.74 V. The frequency error caused by the temperature change is well suppressed, and the problem that the output frequency of the oscillator changes with the temperature is solved.
Key words : temperature compensation；VCO；cubic function；band gap reference；frequency source
0 引言
隨著5G及物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，智能終端體積越來越小且數(shù)量越來越多[1-2]，終端與基站之間通過無線電波完成信息交互，而精準的時鐘頻率源是通信的必備條件[3-4]。石英晶體振蕩器的頻率準確度會受溫度等因素的影響，市場上主流的振蕩器選用的是AT切型[5]，其隨溫度變化頻率漂移可達10 ppm到50 ppm，AT切在室溫存在零偏移點[6]。南開大學吳佳等采用7組差分對設計了高精度的三次方函數(shù)發(fā)生器[7]，在±0.5×10-6且補償溫度范圍擴大至-40～+85 ℃，此方法提高了精度但是功耗增加，不利于小型化的物聯(lián)網(wǎng)場景；西安電子科技大學的劉宇計了一種超高頻率穩(wěn)定度的模擬溫度補償晶體(ATCXO)振蕩器電路[8]，可提供高精度的頻率源，但是溫度范圍受限，不適應溫度極端的物聯(lián)網(wǎng)場景；華中科技大學肖鵬采用MOS可變電容設計了一款溫度補償晶體振蕩器(TCXO)芯片[9]，壓控范圍可達±180 ppm，但頻率調(diào)整范圍受限。
本文綜合以上設計的優(yōu)缺點，改進了可變電容設計的補償電路，利用CMOS工藝設計了一種用于TCXO振蕩器中的功耗低、溫度范圍-40～+120 ℃的補償電路，能抵消AT切晶體中隨溫度引起的頻率變化，可用在恒溫晶振中進行頻率補償。
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作者信息:
譚傳武，劉紅梅
(湖南鐵道職業(yè)技術學院 電務技術學院，湖南 株洲412001)
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