Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

 

УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащее термодатчик, аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные блок постоянного запоминания, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и кварцевый генератор, отличающееся тем, что, с цельюповышения точности термокомпенсации введены первый и второй широтно-импульсные модуляторы, тактовый генератор, делитель частоты, элемент coBi. i.eHHH, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сумматор, при этом выходы р старших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединены с первой группой входов сумматора, выходы q младших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами первого и второго широтноимпульсных 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 моду лятора соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго широтноимпульсного модулятора соединен с вторыми входами элемента совпадения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу 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 оответствующими адресными входами блока постоянного запоминания, а выход термоатчика подключен к входу аналогоифрового преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCMOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3638176/24-09 (22) 26.08.83 (46) 15.07.85. Бюл. № 26 (72) П. Г. Классен, А. В. Косых и В. П. Багаев (71) Омский политехнический институт (53) 621.373.5 (088.8) (56) Альтшуллер Г. Б. Управление частотой кварцевых генераторов. М., «Связь», 1975, с. 75.

Авторское свидетельство СССР № 1084938, кл. Н 03 В 5/32, 1981 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащее термодатчик, аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные блок постоянного запоминания, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и кварцевый генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности термокомпенсации введены первый и второй широтно-импульсные модуляторы, тактовый генератор, делитель частоты, элемент сов;. чения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сумматор, при этом выходы р старших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединены с первой груп,„Я(.1„„1167691 д

41 у Н 03 В 5 32 пой входов сумматора, выходы q младших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами первого и второго широтноимпульсных 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 широтноимпульсного модулятора соединен с вторыми входами элемента совпадения и элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу 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 соответствующими адресными входами блока постоянного запоминания, а выход термодатчика подключен к входу аналогоцифрового преобразователя.

1167691

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в системах стабилизации частоты.

Цель изобретения — повышение точности термокомпенсации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства термокомпенсации кварцевого генератора; на фиг. 2, 3 и 4 — диаграммы его работы.

Устройство термокомпенсации кварцевого генератора содержит термодатчик 1, ана; лого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, сумматор 3, блок4 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 11 частоты, элемент совпадения 12, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. Совокупность сумматора 3, первого и второго широтноимпульсных модуляторов 8 и 9, делителя 11, элементов совпадения 12, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 образуют формирователь адреса 14.

Устройство термокомпенсации кварцевого генератора работает следующим образом.

Весь рабочий интервал температур разбит на2 — 1 участков шириной Т, названных интервалами интерполяции. Границам интервалов соответствуют температуры То, Ti,...,Ò,...,Тг (узлы интерполяции), где Т вЂ” нижняя граничная температура;

Т вЂ” верхняя граничная температура.

Примем следующие обозначения:

Uo Ui...U ...Uzv — значения термокомпенсирующих напряжений в узлах интерполяции;

Uo Ui...UI ...Ugp — значения термокомпенсирующих напряжежений в узлах интерполяции;

То Tl Т1 ... T2p 2 — значения температур расположенных в серединах интервалов интерполяции, О, 1, 2.. 1...2 — 2 — номера интервалов инP терполяции (фиг. 2).

В блоке 4 имеются две области.

Количество слов первой области равно 2», а во второй — 2» — 1. Причем, первая область соответствует адресам со старшим разрядом, равным логическому нулю, а вторая — со старшим разрядом, равным логической единице. В порядке возрастания номеров адреса в первой области записаны коды напряжений Uo, Ui, Uii...Uzi а во второй области коды напряжений о и / ф

Uo Ul.. UI ...U2p — 2, где напряжения из второй области определяются по формуле

Ui=2Ui — -+ — Ui —" i=0,1,...2» (1).

Код температуры, получаемый с помощью термодатчика 1 и АЦП 2, условно делится на р старших и q младших разрядов. Формирователь адреса 14 в

Зо

55 соответствии с кодом старших разрядов равным номеру интервала интерполяции, допустим i, формирует периодическую последовательность адресов напряжений Ua, U> и Ц .1Последовательность адресов преобразуется в последовательность кодов напряжений с помощью блока 4, а затем в последовательность самих напряжений с помощью ЦАП 5. Период последовательности равен t-. Вид последовательности зависит от относительного положения температуры окружающей среды внутри интервала интерполяции. Введем относительную координаT-T с д ьT (2) где Тс — температура окружающей среды.

В пределах интервала интерполяции Тс изменяется от нуля до единицы. Получая информацию о в цифровом виде с q младших выходных разрядов АЦП 2, формирователь адреса 14 задает суммарные длительности импульсов напряжения Ы вЂ” я. напряжения Uj — йq и напряжения U;+< — f,, за период tjt. т; (1 g) 1„ т"=2 (1 — g) Ь (3) ф+ =(1п

Сумма т, т ", т + > равна tn. Фильтр нижних частот 6 выделяет постоянную составляющую U (g i) периодической последовательности напряжений Ui, Ui и Ui+i за период Ь:

U(5: i) =U +U "+Ui+ " (4)

Напряжение gE:i) поступает на управляющий вход кварцевого генератора 7. На фиг. 3 изображены зависимости усредненных за период напряжений Ui, U i, Ui+i и

U (g:i) от относительной координаты

Кривой а соответствует напряжение Ui, кривой в — напряжение (Л, кривой с напряжение Ui+i, кривой d — напряжение Ы(:i) . Покажем аналитически, что термокомпенсирующее напряжение 11(:1) в пределах интервала интерполяции изменяется по квадратичному закону и включает точки (Т U) (Т U ), (Т ii, Uti). Подставим в выражение (4) формулы (1) и (3):

U ($:i) = U (1 — g) (1 — 2() +4U (1 — g) +

+U >i/ (2 — 1) (5)

Напряжение U (5:i) действительно представляет собой полином второй степени координаты, а следовательно, и температуры окружающей среды (2) . Учитывая, что

b T= Tiki — Ti=2(Ti i — Т ) =2(Т вЂ” Т), вычислим значения F в указанных выше точках и подставим их в формулу (5): с

Ts=Т =0

U (О:i) =Ы

Тс=Т с (=0,5

U (0,5;i) =U

Тс= Т +i =1

U(l;i) =Ui+i

Формула (5) действительно включает указанные точки.

1167691

Коды адресов напряжений Ui U и Ui+i 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 U и Ui+i (из первой области), а при наличии логической единицы код напряжения U (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 Ui+ i.

Пусть температура окружаюшей среды равна Тс, которой соответствует интервал интерполяции i и относительная координата, отличающаяся от тем, что может принимать только дискретные значения от нуля до единицы, кратные 1/2ч . Частота тактового генератора 10 определяет период следования импульсов на выходе первого широтно-импульсного модулятора 8, равный Ь/P и, на выходе второго широтно-импульсного модулятора 9, равный Ь.

Код, поступающий с q младших выходных разрядов АЦП 2, преобразуется первым и вторым широтно-импульсными модуляторами 8, 9 в последовательности импульсов с длительностями Et /2ч и Ь соответственно.

3а период Ь на выходе элемента совпадения 12 появится (. 2 импульсов с длительностями Ь/2ч. Импульсы на выходе элемента совпадения 12 формируют адрес напряжения U +i, так как во время их появления. на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 устанавливается логический нуль. Суммарная длительность импульсов напряжения Ui+i за период Ь составит т!+,= ((i) Ь (6)

На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 13 за период Ь появятся две группы импульсов. А первой группе содержится g ° 2 импульсов с длительностями (1 — g ) Ь/2, а второй группе — (1 — g) - 2 импульсов с длительностями Ь/2 . Во время их появления на выходе элемента совпадения 12 присутствует логический нуль, следовательно, эти импульсы формируют и адрес напряжения U . Суммарная длительность импульсов напряжений на выходе

ЦАП 5 за период Ь составит: т =2 (1 — g ) Ь. (7) 5

t0

В остальные моменты времени, когда на выходах элемента совпадения 12 и элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 одновременно присутствует логический нуль, формируется адрес напряжения Ui. Суммарная длительность импульсов напряжения U определяетс я по фор муле

Ti= Ь вЂ” т1 — Ti i

Подставим выражения (7) и (6)

Т1=Ь(1 — g )

На фиг. 4 изображены эпюры напряжений для д=3 и =-8-, где цифрами обозна3 чены:

I — выход первого широтно-импульсного модулятора 8;

I I — выход второго модулятора 9;

III — выход элемента совпадения 12;

IV — выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 13;

V — выход ЦАП 5. широтно-импульсного

Частота среза фильтра 6 нижних частот по уровню 3 дБ определяется из условия f ((—

tn где fc — частота среза.

Проведенные исследования показали, что в устройстве термокомпенсации кварцевого

25 генератора в пределах каждого интервала интерполяции в температурно-частотной характеристике полностью устраняется влияние линейной и квадратичной составляющих.

Модуль максимальной ошибки термокомпенсации может быть определен по формуле

30 А(4 = ЯЗ (AT)

36 где Яз — коэфициент при кубическом характере температурно-частотной характеристики;

AT — величина интервала интерполяции.

Для кварцевого генератора с параметрами резонатора ai — 4,228 10, а — 8,28 °

° 10 з, ад в 1,276. 10 о при интервале интерполяции 10 С температурная нестабильность частоты составляет 6,5 10 9, а для интервала интерполяции 5 С вЂ” 7,6. 10 о.

40 При этом для 10-градусного интервала интерполяции 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 постоян45 ной во всем интервале рабочих температур.

К достоинствам устройства термокомпенсации кварцевого генератора следует отнести технологичность его настройки, повышение помехоустойчивости.

Снижение пульсаций на выходе фильтра

6 нижних частот может быть достигнуто уменьшением его частоты среза или повышением частоты тактового генератора10.

116769!

И;

/ i T Тг+1

Фиг. 2

Фиг.5

1167691

Редактор В. Ковтун

Заказ 4442 51

Составитель В. Рудай

Техред И. Верес Корректор В. Синицкая

Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4