Устройство цифровой термокомпенсации частоты кварцевого генератора Советский патент 1991 года по МПК H03B5/32 

4 О О Os

ГО

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в источниках высокостабильных электрических колебаний и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1603522.

Цель изобретения - повышение точности термокомпенсации частоты за счет уменьшения времени установления компенсирующего напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства цифровой термокомпенсации частоты кварцевого генератора; на фиг. 2 - графики, поясняющие его принцип действия; на фиг. 3 - возможная реализация блока компенсации динамической ошибки.

Устройство содержит датчик 1 температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 постоянного запоминания, буферный регистр 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, кварцевый генератор 6, делитель 7 частоты, делитель 8 частоты с переменным коэффициентом деления, счетчик 9 квантования, блок 10 компенсации динамической ошибки.

Блок 10 (фиг.З) содержит линию 11 задержки, первый и второй регистры 12 и 13, вычислитель 14 разности, умножитель 15 кода.

Устройство цифровой термокомпенсации частоты кварцевого генератора работает следующим образом.

В АЦП 2 состояние q старших разрядов является адресом для блока 3, а состояние р младших разрядов - информацией о текущем значении температуры окружающей среды для блока 10. Сигнал, появляющийся на первом выходе АЦП 2 и обозначающий окончание преобразования, является управляющим для буферного регистра 4. По этому сигналу происходит запись кода с выхода счетчика 9 в буферный регистр 4 (Зп.Рг на фиг. 2). Период смены адресов назовем периодом квантования, а длительность между сигналом с второго выхода делителя 7 частоты и сигналом Зп.Рг (фиг. 2) - периодом стабилизации. Период стабилизации - величина переменная и зависит от величины выходного сигнала датчика 1.

Делитель 7 определяет начало периода стабилизации, записывая передним фронтом сигнала с второго выхода в блок 10 значение температуры окружающей среды (состояние р младших разрядов АЦП 2), а задним фронтом этого сигнала устанавливая в ноль АЦП 2, делитель 8 и осуществляя предварительную установку счетчика 9. Предварительная установка счетчика 9 означает запись в него кода

дополнительной компенсации 2д, пропорционального скорости изменения температуры окружающей среды и формируемого блоком 10 за время, равное длительности

сигнала с второго выхода делителя 7. Установка в ноль для АЦП 2 является одновременно и его запуском. Работа АЦП 2 тактируется импульсами, поступающими с первого выхода делителя 7, но смена со0 стояния выходного кода АЦП 2, являющегося адресом для блока 3, осуществляется реже, чем частота тактовых импульсов, потому что используются только q старших разрядов АЦП 2. Из блока 3 последова5 тельно в соответствии с изменением состояния q старших разрядов АЦП 2 по адресам выбираются числа (Yj), характеризующие величину угла наклона компенсирующей функции кварцевого генератора 6 с

0 указанием числа. Число ячеек памяти в блоке 2 равно числу участков линеаризации компенсирующей функции кварцевого генератора 6. Число этих участков и разрядность каждого числа YI в ячейке блока 3

5 определяются требуемой точностью компенсации частоты кварцевого генератора 6 в заданном диапазоне температур.

Делитель 8 имеет переменный коэффициент деления тактовой частоты с первого

0 выхода делителя 7. Причем коэффициент деления задается числом YJ, выбираемым из блока 3. Число импульсов на выходе делителя 8 за один период квантования воспроизводит частоту квантования опре5 деленного линейного участка компенсирующей функции, заданного блоком 3.

Счетчик 9 получает с выхода блока 3 сигнал о знаке угла наклона компенсирующей функции кварцевого генератора 6. По

0 этому сигналу счетчик 9 устанавливается в режим суммирования и вычитания импульсов, поступающих с выхода делителя 8. В счетчике 9 происходит накопление импульсов, воспроизводящих измене5 ние определенного линейного участка компенсирующей функции кварцевого генератора 6. Суммарное значение числа импульсов за любое время с начала периода стабилизации пропорционально много0 угольной кривой, аппроксимирующей компенсирующую функцию кварцевого генератора 6. Таким образом, за период стабилизации в зависимости от температуры окружающей среды счетчик 9 восп5 роиэводит либо фрагмент, либо полностью компенсирующую функцию. Окончание периода стабилизации определяется сигналом Зп.Рг, поступающим с первого выхода АЦП 2 в тот момент, когда происходит окончание преобразования

выходного сигнала с датчика 1 в код, т.е. осуществляется цифровое измерение температуры окружающей среды. В конце периода стабилизации по числу Зп.Рг из счетчика 9 в буферный регистр А переписи- вается код, пропорциональный величине компенсируюшей функции кварцевого генератора 6 при температуре, определенной датчиком 1 и скорости изменения температуры, определенной блоком 10.

ЦАП 5 в соответствии с записанным в буферный регистр 4 кодом выдает на управляющий вход кварцевого генератора 6 напряжение, пропорциональное величине компенсирующей функции при данной тем- пературе окружающей среды и данной скорости изменения температуры V. Таким образом, происходит подстройка частоты, т.е. компенсация. Повышение точности термокомпенсации основано на компенса- ции динамических составляющих относительной нестабильности частоты кварцевого генератора 6.

Точность компенсации динамических составляющих относительной нестабильно- сти частоты определяется разрядностью кода 2Д, которая не превышает разрядность кода на выходе счетчика 9. Значение кода ZA, записываемого в начале периода стабилизации в счетчик 9 квантования, опреде ляется в соответствии с зависимостью Zg К V, где К- масштабный коэффициент. Формирование кода осуществляется блоком 10.

Работает блок 10 следующим образом.

С второго выхода делителя 7 передним фронтом сигнала переписываются из первого регистра 12 во второй регистр 13 значение кодаТм, соответствующего предыдущему измерению температуры окружа- ющей среды, и записывается через время задержки в первый регистр 12 значение

кода Ti, соответствующего текущему измерению температуры. Время задержки задается линией 11 и не превышает половины длительности сигнала с второго выхода делителя 7. Значения кодов Т| и Ты с выходов первого и второго регистров 12 и 13 поступают на входы вычислителя 14, на выходе которого получается код, пропорциональный скорости изменения температуры. Умножитель 15 формирует код ZR путем умножения кода, пропорционального скорости изменения температуры, на масштаб- ный коэффициент К. Коэффициент К задается жестким программированием индивидуального для каждого устройства цифровой термокомпенсации и зависит от разрядности АЦП 2 и счетчика 9 квантования, величин опорных напряжений АЦП 2 и ЦАП 5, величины крутизны характеристики управления по частоте кварцевого генератора 6. Разрядность кода Zg для обеспечения снижения суммарной динамической составляющей относительной нестабильности частоты до значений 1 - 1 составляет 6-9.

Формула изобретения Устройство цифровой термокомпенсации частоты кварцевого генератора по авт.св. № 1603522, отличающееся тем, что, с целью повышения точности термокомпенсации частоты за счет уменьшения времени установления компенсирующего напряжения, в него введен блок компенсации динамической ошибки, выход которого соединен с четвертым входом предварительной установки счетчика квантования, а выход сигнала q младших разрядов аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу блока компенсации динамической ошибки, вход записи которого подключен к второму выходу делителя частоты.

ТактоВая частота ... с перВо&о Выхода делителя 7И

ffc/n. BaOuAU,nZ, делителя лредВ-ис/п. счетчика 9 (по ) и запись 85лахЮ (по ПФ)с -ео выхода делителя 7

Частота смены кода второго Выхода А ЦП 2

Изменение значения числа У/ на Втором выходе 3

1Ш.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в источниках высокостабильных электрических колебаний. Цель изобретения - повышение точности термокомпенсации частоты за счет уменьшения времени установления компенсирующего напряжения. Устройство цифровой термокомпенсации частоты кварцевого генератора содержит датчик 1 температуры, аналого-цифровой преобразователь 2,блок 3 постоянного запоминания, буферный регистр 4, цифроаналоговый преобразователь 5, кварцевый генератор 6, делитель 7 частоты, делитель 8 частоты с переменным коэффициентом деления, счетчик 9 квантования, блок 10 компенсации динамической ошибки. Повышение точности термокомпенсации основано на компенсации динамических составляющих нестабильности частоты кварцевого генератора 6. При этом поправка кода компенсации осуществляется блоком 10 с учетом скорости изменения температуры окружающей среды. 3 ил. у (Ј

Частота но выходе делителя 8

Знак числа Шна первом выхаае блока 3

Изменение значения мода на выходе счетчика 9

Сигнал окончания преобразования но лер- Вом выходе АЦП 2 Зл.Рг

Изменение напряжения на выходе ЦАЯЗ

Относительное изменение частоты на выходе кварцевого генератора 6

Фиг. Z

Фие.З

ll

15