1.本发明属于ocxo(高稳定晶体振荡器)技术领域，特别涉及一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统及方法。
背景技术：2.高稳定晶体振荡器ocxo产品在使用过程中输出频率会随着外界环境温度变化而变化，主要由于晶体自身为温度敏感器件，ocxo产品在经历环境温度变化过程中会发生输出频率的偏移，偏移量为
±
1e-8-1e-7。宇航应用的ocxo的输出频率准确度指标要求一般在
±
5e-8-1e-7量级，因此系统应用时会出现在高低温变化时频率准确度指标超差或失锁现象。
3.现有技术一般通过提高控温系统控温精度和控温能力提高该项指标。但由于实际测温点在晶体外壳附近，无法准确测试晶体中晶片的真实温度，所以晶体不是真正意义上的工作于拐点温度，高低温下晶片温度与实际控制温度存在温度梯度偏差，使高低温下晶片温度存在变化，故输出频率存在变化。
技术实现要素：4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统及方法，解决了晶体无偏差精确测温问题。
5.本发明解决技术的方案是：一种改善高稳定晶体振荡器输出频率温度特性的系统，高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高；该系统包括混频-分频器、频率电压转换电路、加法器；其中：
6.混频-分频器，将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号发送给频率电压转换电路；
7.频率电压转换电路，将温度传感信号进行频率电压变换处理得到反馈调节电压；
8.加法器，将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加得到控温电压信号vc，控温电压信号vc对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使恒温槽中晶体温度保持稳定。
9.优选地，所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。
10.优选地，所述混频-分频器以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。
11.优选地，所述混频-分频器、频率电压转换电路采用fpga实现。
12.优选地，所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。
13.优选地，所述频率电压转换电路中不同温度下温度传感信号的频率和调反馈调节电压v
t
的对应关系通过如下方法得到：
14.s1.1、断开频率电压转换电路与加法器之间的连接节点；
15.s1.2、将外接电源的输出信号作为反馈调节电压连接至加法器，标定预设温度范
围内不同温度下使温度传感信号的频率保持不变所对应的反馈调节电压，由此得到不同温度下温度传感信号的频率和调反馈调节电压v
t
的对应关系。
16.本发明的另一个解决方案是：一种改善高稳定晶体振荡器输出频率温度特性的方法，该方法包括如下步骤：
17.s1、控制高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，其中，b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高；
18.s2、将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号进行频率电压变换得到反馈调节电压；
19.s3、将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加，得到控温电压信号vc；
20.s4、采用控温电压信号vc对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使高稳定晶体振荡器恒温槽中晶体温度保持稳定。
21.优选地，所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。
22.优选地，所述步骤s2以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。
23.优选地，所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。
24.本发明与现有技术相比的有益效果是：
25.(1)、本发明通过使ocxo中晶体工作于双模条件下，采用模拟数字电路结合的方法，使ocxo产品环境温度变化时，通过提取温度频率信息形成反馈控制，达到稳定输出频率的目的；
26.(2)、本发明将携带温度变化信息的b模信号频率变化转换为电压变化，通过反馈控制控温环路达到提升频率温度稳定性目的；
27.(3)、由于本发明b模信号频率敏感度高于c模信号敏感度两个数量级，采用b模频率对晶体本体测温，解决了高稳晶振中晶体无偏差测温问题；
28.(4)、本发明不改变功耗同时，可显著改善ocxo高低温下频率稳定性。
附图说明
29.图1为本发明实施例无偏差测控温系统原理框图。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照图1说明本发明的具体实施方式。显而易见，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，并不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图，并获得其他实施方式。
31.实施例1：
32.ocxo用于产生稳定的参考信号，为了提高产品的频率温度稳定性，采用了基于双模振荡电路的模拟数字控温技术。该电路在ocxo产品高低温环境中温度变化时，由于b模频率对温度变化更为敏感且与温度变化呈线性关系，因此可将b模频率作为温度传感信号对控温电路进行补偿。
33.本实施例提供了一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，本实施例，b模信号标
称频率为108.8mhz，c模信号标称频率为100mhz。b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高，通过b模频率准确无偏差反映晶体拐点温度。
34.如图1所示，上述改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统包括混频-分频器、频率电压转换电路、加法器；其中：
35.混频-分频器，将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号发送给频率电压转换电路；
36.频率电压转换电路，将温度传感信号进行频率电压变换处理得到反馈调节电压；
37.加法器，将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加得到控温电压信号vc，控温电压信号vc对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使恒温槽中晶体温度保持稳定。
38.所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。
39.所述混频-分频器以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。
40.所述混频-分频器、频率电压转换电路采用fpga实现，其中，混频-分频器采用dds实现，频率电压转换电路采用数模转换器实现。
41.所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。
42.本实施例的实施途径：高稳晶振中振荡电路同时产生b模和c模信号，输出c模信号作为时钟信号，同时将输出的b模信号输入fpga中，c模信号与b模信号混频处理后输出的20khz的正弦信号，即温度传感信号，通过fpga处理后将20khz正弦信号(温度传感信号)进行频率电压变换处理后与控温电路输出的控制电压相加，对加热管进行控制使恒温槽中晶体温度保持稳定，达到精密控温和稳定频率目的，提高了产品的性能和环境适应性。
43.所述频率电压转换电路中不同温度下温度传感信号的频率和反馈调节电压v
t
的对应关系通过如下方法得到：
44.s1.1、断开频率电压转换电路与加法器之间的连接节点；
45.s1.2、将外接电源的输出信号作为反馈调节电压连接至加法器，标定预设温度范围内不同温度下使温度传感信号的频率保持不变所对应的反馈调节电压，由此得到不同温度下温度传感信号的频率和调反馈调节电压v
t
的对应关系。
46.本实施例中，高低温下，通过改变调整电压v
t
，使不同温度下20khz信号保持稳定，分别记录有、无反馈调节电压v
t
时20khz的频率值，最终得到不同温度下20khz的频率和反馈调节电压v
t
的对应关系。
47.基于上述系统，本发明还提供了一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的方法，该方法为一种模拟数字电路结合的控温解决方法，采用自适应缩小频差的方法精密控温。该方法包括如下步骤：
48.s1、控制高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，其中，b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高；
49.s2、将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号进行频率电压变换得到反馈调节电压；
50.s3、将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加，得到控温电压信号vc；
51.s4、采用控温电压信号vc对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使高稳定晶体
振荡器恒温槽中晶体温度保持稳定。
52.所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。
53.所述步骤s2以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。
54.所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。
55.上述方法通过测试b模和c模输出频差，通过f/v变换(或者直接输出)将频率变化转换为电压变化，使ocxo输出频率保持稳定，提高了产品的性能和环境适应性。
56.本实施例测试数据：100mhz晶振高低温频率数据如下：
57.温度b模信号频率c模信号频率50℃108.842 340 791100.000 116 24825℃108.847 007 135100.000 133 523-23℃108.856 140 633100.000 152 358
58.b模信号高低温总共变化：13799.842hz(-189.0389315/℃)，c模总共变化36.11hz(-0.494657534/℃)，变化比为382.1612。将c模频率作为参考频率时钟，整个温度范围内变化相对于b模频率变化36.11/13799.842＝0.26％(小于1％)。
59.本实施例通过试验验证及数据分析，b模的频率敏感度较c模高出至少两个量级，同时由于dds频率采集精度较高(0.029hz)，理论上控制工作频率(100mhz)可以达到0.029/100＝2.9e-4hz精度，即100mhz频率准确度可以达到2.9e-12(老化率目前最好e-10量级)，达到了无偏差控制；
60.本发明的核心是基于晶体振荡电路同时产生c模和b模(频率与温度呈线性变化)两种不同频率温度特性的频率信号，将频率温度特性较好的c模信号作为fpga的时钟参考信号，对b模频率进行混频分频处理产生20khz频率，经f/v电路变换将频率温度变化转换为温度电压变化，该电压可完成对控温精度调整使温度变化时输出频率保持稳定。
61.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
技术特征：1.一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高；其特征在于包括混频-分频器、频率电压转换电路、加法器；其中：混频-分频器，将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号发送给频率电压转换电路；频率电压转换电路，将温度传感信号进行频率电压变换处理得到反馈调节电压；加法器，将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加得到控温电压信号v
c
，控温电压信号v
c
对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使恒温槽中晶体温度保持稳定。2.根据权利要求1所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，其特征在于，所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。3.根据权利要求1所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，其特征在于所述混频-分频器以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。4.根据权利要求1所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，其特征在于，所述混频-分频器、频率电压转换电路采用fpga实现。5.根据权利要求1所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，其特征在于，所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。6.根据权利要求1所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统，其特征在于所述频率电压转换电路中不同温度下温度传感信号的频率和调反馈调节电压v
t
的对应关系通过如下方法得到：s1.1、断开频率电压转换电路与加法器之间的连接节点；s1.2、将外接电源的输出信号作为反馈调节电压连接至加法器，标定预设温度范围内不同温度下使温度传感信号的频率保持不变所对应的反馈调节电压，由此得到不同温度下温度传感信号的频率和调反馈调节电压vt的对应关系。7.一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：s1、控制高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：b模信号和c模信号，其中，b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高；s2、将c模信号与b模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号进行频率电压变换得到反馈调节电压；s3、将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加，得到控温电压信号v
c
；s4、采用控温电压信号v
c
对高稳定晶体振荡器中恒温槽进行控制，使高稳定晶体振荡器恒温槽中晶体温度保持稳定。8.根据权利要求7所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的方法，其特征在于，所述b模信号输出频率的温度敏感度较c模信号高出至少两个量级。9.根据权利要求7所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的方法，其特征在于，所述步骤s2以c模信号作为时钟参考信号，依次完成混频、分频。10.根据权利要求7所述的一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的方法，其特征在于，所述温度传感信号为频率不超过50hz的正弦信号。
技术总结本发明涉及一种改善晶体振荡器输出频率温度特性的系统及方法，高稳定晶体振荡器同时产生两种不同频率温度特性的频率信号：B模信号和C模信号，B模信号输出频率的温度敏感度较C模信号高；该系统包括混频-分频器、频率电压转换电路、加法器；混频-分频器，将C模信号与B模信号混频之后再分频，得到温度传感信号，将温度传感信号发送给频率电压转换电路；频率电压转换电路，将温度传感信号进行频率电压变换处理得到反馈调节电压；加法器，将反馈调节电压与高稳定晶体振荡器中控温电路输出的控制电压进行叠加得到控温电压信号V
技术研发人员：杨磊 胡家裕 杜二旺 蒋军纪 黄剑 秦玉浩
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1
