Термокомпенсированный кварцевый генератор Советский патент 1988 года по МПК H03B5/32 

автогенератора 1, т.к. каждой температуре среды однозначно соответствует количество импульсов, поступивших в PC 1 1 за время Т, , По окончании цикла PC 11 устанавливается в требуемое состояние для данной температуры. Во втором цикле из кода, записанного в PC П с БПЗ 10, вычитаются импульсы, поступающие через ключ 8 с вычи- тателя 4. По окончании счета состояние PC 11 переписывается в регистр 12 и далее через ЦАП 13 и звено 14 осуществляется автоподстройка выходного сигнала г-ра 3. Полная компенсация осуществляется только в дискретных точках температурного интервала (узлах интерполяции). В промежутках между узлами осуществляется кусочно-линейная интерполяция управляющего воздействия 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - упрощение устр-ва. Г-р содержит опорный кварцевый автогенератор 1, термочувствительный автогенератор 2, зшравля- емый г-р 3, вычитатель 4 частот, делитель 5 частоты, блок синхронизации 6, ключи 7 и 8, регистры 9 и 12 хранения, блок постоянного запоминания (БПЗ) 10, реверсивный счетчик (РС) 11, ДАЛ 13 и интегрирующее звено 14. В устр-ве осуществляются два временных цикла работы. В течение первого цикла PC 11 суммирует за время Z импульсы, поступающие от автогенератора 2. Это соответствует режиму определения температуры пьезокристалла

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве высокостабильного источника электрических колебаний.

Цель изобретения - упрощение тер- мокомпенсированного кварцевого генератора.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема термокомпенсиро- ванного кварцевого генератора; .на фиг.2 - функциональная электрическая схема блока синхронизации} на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие принцип действия блока синхронизации.

Термокомпенсированньй кварцевый генератор содержит опорный кварцевый автогенератор , термочувствительный автогенератор 2, управляемый генератор 3, вычитатель 4 частот, да- литель 5 частоты, блок 6 синхронизации, первый 7, второй 8 ключи, первый регистр 9 хранения, блок 10 постоянного запоминания, реверсивный счетчик 11, второй регистр 12 кране- ния, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, интегрирующее звено 14.

Блок 6 содержит первый 15 и второ 16 триггеры, регистр 17 и первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пятьш 22, шестой 23 и седьмой 24 логические элементы, коммутатор 25.

Термокомпенсированный кварцевый генератор работает следующим образом

Можно выделить два временных цик- ла работы.

В течение первого цикла, начинаемого с прихода импульса на второй вход блока 6, реверсивный счетчик 11 суммирует импульсы, поступающие от термочувствительного автогенератора 2 с частотой f в течение времени N /fg , где N - коэффициент делителя 5, f, - частота опорного кварцевого автогенератора 1, Это. соответствует режиму определения температуры пьезокристалла опорного кварцевого автогенератора 1, так как каядой температуре среды однозначно соответствует количество импульсов, поступивщих в реверсивный счетчик 11 за время По окончании цикла блок 6 вырабатьшает сигналы на первом, втором и четвертом вьпсодах соответетвенно, закрывающие первый ключ 7, записывающие состояние реверсивного счетчика 11 в первый регистр 9 и установку реверсивного счетчика 1 в состояние, соответствующее требуемому (определенное на стадии настройки и записанное в -блок 10) для данной температуры. (При определенном выборе элементной базы первый регистр 9 может не понадобиться, так как код с выхода реверсивного счетчика 11 может быть сразу же через блок 10 записан на его установочные входы).

Приход следующего импульса с выхода делителя 5 начинает второй цикл. (В отдельных случаях возможно целесообразно устанавливать время счета в первом и второй цикле не одинаковым, что требует переключения коэффициента деления дблителя 5). Во втором цикле из кода, записанного в реверсивный счетчик 11 с выхода блока 10, вычитаются импульсы, поступающие через второй ключ 8 с выхода вычита- теля 4. По окончании счета состояние реверсивного счетчика 1J переписьша

ется в регистр J2-хранения. ЦАП 13

1

отрегулирован так, что коду 000,..О соответствует максимальное положительное напряжение на его выходе, а коду 11 ... 1 - максимальное отрицательное. Среднему коду (000...111) соответствует нулевое напряжение.Коды записанные в блок 10, подбирают- с-я на стадии настройки так, что при любой температуре при номинальной выходной частоте на выходе ЦАП 13 имеется нулевое напряжение (т.е. после окончания вычитания в реверсивном счетчике 11 бьт бы средний код). Если этот код не равен среднему, то напряжение на выходе ЦАП 13 отлично от нуля, и напряжение на выходе интегрирующего звена 1А изменяется до тех пор, пока частота не становится равной номинальной (а код в реверсив ном счетчике 11 - средним). Таким образом осуществляется автоподстройка выходного сигнала.

Полная компенсация осуществляется только в дискретных точках темпера- турного интервала (узлах интерполяции) . В промежутках между узлами осуществляется кусочно-линейная интерполяция управляющего воздействия. Суммируя или вычитая импульсы в те- чение определенного времени, реверсивный счетчик 11 фактически измеряет отношения частот и fд к , где N, и коэффициенты деления делителя 5. При некоррелированности частот f, f, f„ в общем случае отношение частот будет дробным (целым - только в узлах интерполяции) . Из-за этого в реверсивном счетчике 11 от цикла к циклу насчи- тьюается различное количество импульсов: k либо k+1, что соответствует обращению к двум соседним узлам. Известно, что вероятность обращения к узлу k определяется как

P(k) - Ent (,/fJ+f N,/f, что может быть выражено через узловые температуры (т.е. точки, где P(k)l либо 0) как

P(k) ( )/(Т, -Т), где Т . и Тц4., - узловые температуры; Т( температура среды.

Вероятность обращения к узлу k+1 определяется как

P(k+l) 1 - P(k).

Аналогичные процессы происходят и при подсчете импульсов с частотой fр, подаваемых на вычитающий эход.

20

Таким образом, при усреднении за достаточно большое время (а это выполняется, так как в схему включено интегрирующее звено 14) можно считать, что при постоянной температуре в реверсивный счетчик 11 записывается усредненное количество импульсов.

N

P(k) W + P(k+l) W, ,

Q 5 0

5 0 g 0 5

0

5

где W и Wj,, - коды k-ro и k+1-го узлов, записанные в блок 10.

За это же время из счетчика вычитается усредненное количество импульсов

N Р(М) Z + Р (М+1) Z,,,

где. ,

P(M)-f.,Ni/fo -Ent J ; Р(М+1) 1 - Р(М);

Z - число импульсов, вычитающихся в М-м узле; Z;,, - число импульсов, вычитающихся из реверсивного счетчика 11 в М+1-М узле. В среднем за достаточно большое время на выходе ЦАП 13 (при разомкнутых цепях обратной связи имеется напряжение

Uj- k( Г) K,p(k)WK + +P(k+l)WK+, -P(M)W - -P(M+1)W,,, ,

где k(. - коэффициент передачи ЦАП 13. Коды W и W ц., (все остальные коды в блоке 10) на стадии настройки генератора подбираются так, чтобы минимизировать значение Ug- в любой температурной точке (естественно, что полная компенсация осуществляется только в отдельных температурных точках, а в остальных будет некоторая ошибка кусочно-линейной интерполяции, существенно меньшая, чем исходная ошибка).

Блок 6 работает следующим образом, В исходном состоянии регистр 17 обнулен. Приход фронта сигнала на вход С второго триггера 16 устанавливает на его выходе уровень логической 1, так как вход D также имеет уровень 1. Первьм же пришедший после этого на вход С регистра 17 импульс устанавливает на его первом выходе высокий уровень. Второй импульс на входе С регистра 17 переводит в единичное состояние его второй выход. Первый выход регистра 17 при этом остается в прежнем состоянии, так как

514

на его входе D все еще присутствует 1. Появление 1 на втором выходе {(вгистра 17 обнуляет (по входу) первый триггер 15, и на входе D регистра 17 появляется О. С приходом следующего импульса на вход С регистра 17 этот О передается на его первый выход, а в единичное сос- яние переходит третий выход (второй выход также остается в состоянии 1 Следующий импульс на входе С регистра 17 сдвигает 1 на его третий и четвертый выходы. Дальнейшее поступление импульсов приводит к полному обнулению регистра 17,

Приход нового запускающего импульса на вход С второго триггера 16 приводит к повторению описанного процесса. Благодаря наличию первого 18, второго 19, третьего 20, четвертого 21, пятого 22, шестого 23 и седьмого 24 логических элементов на первом - шестом выходах блока 6 формируются последовательности (фиг,3),

На первый и третий входы блока 6 постоянно поступают импульсы с выхода термочувствительного автогенератора 2 и вычитателя 4, Однако коммутатор 25 в зависимости от состояния первого триггера 15 (оно периодически изменяется) пропускает на вход С регистра 17 только один из этих сигналов ,

Формула изобретения

Термокомпенсированный кварцевый генератор, содержащий последователь- но соединенные опорный кварцевый автогенератор и вычитатель частот, термочувствительиьй автогенератор, блок постоянного запоминания, последовательно соединенные интегрирующее

5

0 5

0

5

0 5

206

звено и управляемый генератор, выход которого подключен к второму входу вычитателя частот, делитель частоты, первый и второй ключи, первый и второй регистры хранения, цифроаналого- вый преобразователь и блок синхронизации, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен реверсивный счетчик, входы установки которого поразрядно соединены с соответствующими выходами блока . постоянного запоминания, выходы которого поразрядно соединены с входами установки первого и второго регистров хранения, при этом первый, второй и третий входы блока синхронизации подключены соответственно к выходу термочувствительного автогенератора, к выходу делителя частоты и к выходу вычитателя частот, первый ключ включен между выходом термочувствительного автогенератора и входом суммирования реверсивного счетчика, второй ключ включен между выходом вы;- читателя частот и входом вычитания реверсивного счетчика, вход делителя частоты подключен к выходу опорного кварцевого автогенератора, выходы первого регистра хранения поразрядно подключены к адресным входам блока постоянного запоминания, выходы второго регистра хранения поразрядно подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя,выход которого подключен к входу интег - рирующего звена, вход разрешения записи первого регистра хранения,вход обнуления реверсивного счетчика, вход разрешения установки реверсивного счетчика, вход разрешения записи второго регистра хранения и управляющие входы первого и второго ключа подсоединены к соответствующим выходам блока синхронизации.

Вх

Вх,1

МММ

Вх.З

ш-1

IL

grf liliHil liniiHItI lillllllli Mill ДгП Ml I IM Ml и I MM I г INI

ВЫХ.1,

But, 2. Buf.3. ВыхЛ. Вых,5

tktt.B,

8bif.2

1щ.5 Bbi;(.S

Вых.1 ВыхЛ Bbfj(.3