Устройство термокомпенсации кварцевого генератора Советский патент 1992 года по МПК H03B5/32 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для создания высокостабильных источников колебаний, автогенераторных датчиков физических величин.

Целью изобретения является повышение точности температурной компенсации.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройство термокоМпенсацйи кварцевого генератора; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя импульсов управления, счетчика адреса, первого, второго и третьего ключей, блока постоянного запоминания и блока сравнения кодов; на фиг. 3 - определение области разрыва ТЧХ генератора; на фиг. А - результирующая ТЧХ генератора, полученная комбинацией двух ТЧХ возбужденных мод.

Устройство термокомпенсацйи кварцевого генератора (фиг. 1) содержит модулятор 1, кварцевый резонатор 2, первый усилитель 3, первый буферный усилитель 4, смеситель 5, переключатель б, фильтр 7 нижних частот, второй усилитель 8, второй буферный усилитель 9, полосовой фильтр 10, третий усилитель 11, формирователь 12 интервалов счета, формирователь 13 импульсов управления, первый ключ 14, второй ключ 15, третий ключ 10. датчик 17 температуры, счетчик 18 адреса, блок 19 постоянного запоминания, блок 20 сравнения кодов, злемент 21 управления частотой, регистр 22 хранения, цифроаналоговый преобразователь 23.

При этом первый усилитель 3 и первый буферный усилитель 4 соединены последовательно. Выход первого усилителя 3 подключен к первому входу модулятора 1, выход которого соединен с кварцевым резонатором 2. Фильтр 7 йижних частот, второй усилитель 8 и второй буферный усилитель 9 соединены последовательно. Выход второго усилителя 8 соединен с вторым входом модулятора 1. Кварцевый резонатор 2, элемент 21 управления частотой,, первый усилитель 3 соединены последовательно. При этом элемент 21 упр1авления частотойсоединен со смесителем 5. Вход переключателя 6 соединен с выходом смесител:я 5. Первый выход переключателя б соединен с фильтром 7 нижних чдстот.. Второй выход переключателя б соединен с последовательно подключенными полосовым фильтром 10, третьим усилителем 11, вторым буфер ным усилителем 9, выход которого подключен к входу второго ключа 15. Выход первого буферного усилителя 4 соединен с входом формирователя 12 интервалов счета, выход которого соединен с первым входом формирователя 13 импульсов

управления и входом управления первого ключа 14. Первый выход формирователя 13 импульсов управления соедийен с входом первого ключа 14 выход которого соединен.

с входом синхронизации счетчика 18 адреса. К выходу счетчика 18 адреса последовательно подключены блок 19 постоянного запоминания и блок 20 сравнения кодов, выход которого соединен с входом управления переключателя б. К выходу блока 19 постоянного запоминания последовательно подключены регистр 22 хранения и цифроаналоговый преобразователь 23, выход которого соединён с управлякэщим входом

5 элемента 21 управления частотой.-Второй выход формирователя 13 импульсов управления подключен к входу установки счетчика 18 адреса. Третий выхоД формирователя 13 импульсов управления подключен к входу управления третьего ключа 16 и входу разрешения записи регистра 22 хранения. Четвертый выход формирователя 13 импульсов управления- подключен к входу уп равления второго ключа 15..Выходы второго

5 ключа 15 и третьего ключа 16 соединены со счетным входом счетчика адреса 18 и вто рым входом формирователя 13 импульсов управления. Выход датчика 17 температуры соединен с входом третьего ключа 16.

0 Устройство работает следующим образом.

При включении питания и произвольном значении температуры окружающей среды в кольце генератора, содержащем

5 первый вход модулятора 1, кварцевый резонатор 2, усилитель 3, возбуждаются колеба;. ния нетемпературной моды С с частотой fc, которые подаются на формирователь 12 интервалов счета. В кольце генератора,.содержащем

0 второй вход модулятора 1, кварцевый резона-1 тор 2, смеситель 5, фильтр нижних частот (ФНЧ)7,усилитель8, возбуждаются колебания термомоды В с частотой fei. Переключатель б находится в положении выход смесителя 5 5 вход ФНЧ 7. Одйако возбуждения колебаний моды В1 может не произойти вследствие попадания темпер&туры резонатора в область температур на ТЧХ термомоды В, соответст-, вующую разрыву, что приведет к ошибке тер0 мокомпенсации генератора. Для устранения этой ошибки а схему генератора включен датчик 17 Температуры на основе ЯС-генератора. По положительному фронту первого импульса, поступившего с формирователя 12 интервалов счета, запускается формирователь 13 импульсов управления и замыкается к71юч 14. Формирователь 13 им пульсов управления выдает последовательность импуль-. сов. По первому импульсу замыкается ключ 16 и частотный RC-датчик

17 температуры подключается к счетному входу счетчика 18 адреса и второму входу формирователя 13 импульсов управления. По BTopoKiy импульсу прекращается счет в счетчике 18 адреса, ключ 14 размыкается. По третьему импульсу счетчик 18 адреса обнуляется. По четвертому импульсу разрешиется счет импульсов в счетчике 18 адреса с частотой f (Т), G приходом положительного фронта второго импульса с формирователя 12 интервалов счета датчик 17 температуры отключается и замыкается ключ 15, Код адреса, сформированный счетчиком 18 адреса в течение первого интервала счета, ся на определенную область памяти 6ло|1са 19 постоянного запоминания, соответствующего кодам aдpecai вырабатываемым при счете импульсов RC-генератора, Из блока 19 постоянного запоминания извлекает код, котррый сравнивается с кодом, записанным в блоке 20 сравнения кодов. По результату операции срав.нения происходит управление .переключателем 6. этом, если в результате операции сравнения обнаружено, что ТЧХ термомрды В с частотой колебаний fei находится в области разрыва,

то переключателе 6 замыкает выход смери теля 5 на вход полосового фильтра КХ & результате образуется кольцо генератора: второй вход модулятора 1. кварцевый резонатор 2, смеситель 5, полосовой фильтр 10, усилитель 11, в котором возбуждаются коле бания гармоники моды В с частотой fei, не имеющей разрыва ТЧХ при этой температуре.

Таким образом, втечение первого интервала счета определяется, находится ли возбуждаемая термомод|а в области разрыва своей ТЧ X и вкл ючается ли термомода не имеющая разрыва (фиг, ЗХ Для исключения возникающей неоднозначности в определений области разрыва ТЧХ термомоды термодатчиком на основе RC-reHepatopa область разрыва должна находиться внутри интервала между ближайшими узловыми точками ТЧХ RC-генератора, Такой принцип обнаружения области разрыва ТЧХ термомоды по включению питания генератора позволяет не предъявлять высокие требования к точности (Измерения температуры RC-датчиком, т, к, узловые точки ТЧХ КСдатчика могут быть заданы произвольно по отношению к узловым точкам ТЧХ термомОды, причем терморезистор может быть напыл.ен или наклеен на кварцевый резо1-1атор.

По положительному фронту второго импул1 са, поступившего с формирователя 12 интервала счета, запускается синхрон1(1за тор 131 и замыкается ключ 14, По первому импульсу синхронизации замыкается ключ 15 и размыкается ключ 16, колебания разностной частоты Afei - fei - fc подаются на

счетный вход счетчика 18 адреса и второй вход формирователя 13 импуЛьсов управления, В остальном цикл работы формирователя 13 импульсов управления совпадает с предыдущим циклом работы,& дальнейших циклах работы ключ 15 находится в замкнутом состоянии, а ключ 16 разомкнут. Таким образом, на вход счетчика 18 адреса подаются колебания включенной термбмоды с частотой fei. На выходе счетчика 18 адреса код адреса,.сформированный за интервал счета форми эователем 12 интервалов счета, поступает на отдельную область памяти блока 19 постоянного запоминания, из блока 19 согласно адресу

выбирается код, который подается в блок 20 сравнения кодов. По результату операции сравнения происходит управление переключателем 6, На другую область памяти блока 19 постоянного запоминания подается .этот же код адреса, по которому определяется заранее занесенный код, соответствующий напряжению управления, подаваемого на злемент 21 управления частотой. Код, считанный с блока 19 постоянного запоминания, .подается на регистр 22. хранения и с его выхода на цифро-аналоговый преобразователь 23,. а затем уже в виде управляющего напряжения подаётся на злемент 21 управления частотой. Так как

каждому значению температуры могут соответствовать два различных значения частоты на выходе блока 9, которые в результате преобразования являются различными кодами адреса, то запись в блоке 19 постоянного запоминания произведена таким образом, что любому из двух значений адреса будет соответствовать один и тот же код компенсирующего напряжения,

Неоднозначнрсть между частотой сигнала Afei или f (Т°) и температурой, обусловленная набегом фазы между.интервалом счета и частотой за.полняющих импульсов, устраняется за счет того, что момент срабатывания переключателя 6 определяется кодом, соответствующим узловой точке ТЧХ, Узловая точка определяется из выражения

(TVfc4, где N(T°)-целое число; ffr - частота датчика температуры;

fc4 частота повторения импульсов счета.

Первый буферный усилитель 4 предназначен для согласования выходного сопротивления кварцевого генератора с входным сопротивлением последующей электрическоЯ схемы. Втордй буферный усилитель 9 предназначен для согласования выходного сопротивления усилителей 8 и 11 с входным сопротивлением ключа 15.

Принципиальная охема цифровой части устройства термокомпенсации кварцевого генератора выполнена на элементах DDIОО1,Л-1-УТ2(фиг.2).

Схема работает следующим образом.

В результате формирования периода счета блоком 12 на вход регистра DD 1.1, который является входом формирователя 13 импульсов управления, начинают поступать импульсы счета.-На тактовый вход DD 1,2 поступает сигнал разностной частоты Д fei или сигнал с выхода RC-генератора микросхемы DD3.1-DD3.2 с частотой f(T°). Схема формирователя импульсов управления работает следующим образом. Пусть регистры DD1.1, 1.2,2 находятся в нулевом состоянии. Тогда сигнал О с первого выхода D02 разрешает прохождение импульсов с частотой f (Т°) в счетчик адреса DD5 и ключ DD4.1 находится в замкнутом состоянии, а ключ DD4.2 разомкнут. С приходом первого положительного перепада напряжения с выхода формирователя 12 интервалов счета на вход DD1.1 на его первом выходе появится.сигнал 1. После появления сигнала 1 на входе D.DD2 по первому положительному перепаду на его тактовом входе С сигнал 1 появится на первом выходе DD.2. По этому сигналу прекращается счет в счетчике адреса DD5, DDIil обнуляется. С приходом второго тактового импульса на DD2 на его втором входе появляется сигнал 1, по которому счетчик DD5 обнуляется, а на первом выходе появляется сигнал О, по KOTopoiwiy разрешается счет в DD5. По приходу третьего тактового импульса прекращается обнуление счетчика DD5 и он начинает подсчитывать импульсы t частотой f (Т°). С приходом .импульса синхронизации с выхода делителя частоты на вход регистра DD1.1 цикл повторяется. Таким образом, после каждого цикла счетчика DD5 ймз ПЗУ DO7 извлекается код, соответствующий коду на выходе DD5.

С приходом второго имплульса синхронизации на вход регистра PD1.2 на его втором выходе появится сигнал 1, по которому ключ DD4.1 размыкается, а DD4.2 замыкается и на вход счетчика DD5 поступают импульсы с частотой Afei. Таким образом, при включении питания генератора в течение первого сформированного периода счета на вход счетчика DD5 поступают импульсы с частотой f fT°). по которым происходит операция обнаружения разрыв ТЧХ термомоДы с частотой fei.

Схема обнаружения разрыва ТЧХ pa6 jтает следующим образом.

Код на выходе счетчика, сформирован) ный из импульсов с частотой f (Т, являете адресом для ППЗУ DD7, который подается ПЗУ через преобразователь, уровня DD6v причём коды из ППЗУ извлекаются лишь в

том случае, если код адреса ППЗУ соответствует узловой точке ТЧХ.

Запись в ПЗУ произведена таким образом, что любому коду адреса, соответствующему узловым точкам ТЧХ НС-генератора и

сигнализирующему страницах области раз рыва ТЧХ частоты fei, соответствует код A3,, а всем другим значениям кода адреса соответствует код А4. В блоке сравнения кодов 20, выполненном на элементах DDS-IO,. для

сравнения кода, соотретствующего частоте RC-генератора, используется элемент DD10. На один вход элемента DD10 подан код 83, при выполнении условия ВЗ A3 на выходе DD10 появляется уровень напряжения логической единицы, который сигнализирует, что возбуждаемая частота находится в области разрыва собственной ТЧХ и переключает переключатель б в поло жение вход-вЫход по цепи смеситель 5 полосовой фильтр 10, что приводит к возбуждению термомоды с частотой Рв2. Если из ПЗУ извлечен код А4, то в результате сравнения А4 У ВЗ на выходе DD9 появится логический О, что не приведет к переключению переключателя б, и будет включено кольцо возбуждения с частотой fei, т. к. при. данной температуре отсутствует разрыв ТЧХ частоты fei.

После прихода, второго импульса синхронизации на вход DDL.2 отключается RCгенератор и к счетчику DD5 подключается выход формирователя импульсов VT, 1,2,, DD3.3 с частотой Д fei. С этого момента датчиком температуры является кварцевый резоиатор 2, возбужденный на термомоде с частотой fa 1, Частота поступает на вход счетчика адреса 18,- формирующего код адреса ПЗУ, причем запись в ПЗУ DD7 произведена таким образом, что из ПЗУ код извлекается

лишь в том случае,.если код адреса соотает ствует узловой точке ТЧХ- возбуждаемой термомоды. Л юбому коду адреса, соответствующему частоте Afei и сигнализирующе-. му о разрыве ТЧХ, соответствует код А1,

записанный в ПЗУ DD7, а коду адреса соответствующему частоте Дfв2 и сигнализирующему о разрыве ТЧХ, - код А2. Если код адреса не соответствует ни одному из пере-, численных условий, то из ПЗУ DD7 извлекается код А4 (А4 # A3 f А2 f А1). В блоке 20 сравнения кодов, выполненном на элементах DD5-DD&, записаны два кода В1 и В2. . При выполнении одного из условий А1 °° В1, А2 82, что соответствует обнаружению 5 точки разрыва ТЧХ, на выходе блока 20

сравнения кодов появляется уровень логической 1, который поступает на триггер. Каждый раз при появлении уровня логи| еской Г, триггер будет менять свое состря- 10 ние на противоположное. Управляющее напряжение с выхода D-триггера, соот е тствующее его состоянию, поступает на управляющий вход переключателя 6. Таким Образом происходит включение тока кольца 15 возбуждения колебаний с.частрто feb-B котором отсутствует разрыв ТЧХ термочувствительной моды (фиг. 4)..

Код адреса, сформированный в счетчике 18 адреса, подается также и на Р13У 20 DD12. При этом запись в ПЗУ DD12 произведена таким образом, что по любому из двух адресов, соответствующих одной температуре, занесен один итот же код компенсирующего напряжения. ПЗУ 25 определяется из необходимой точности термокомпенсации.

ФормуЛ а и 36бретени я Устройство термокомпенсации кварце 0 вого генератора содержащее модулятор, смеситель, последовательно соединенные первый усилитель и первый буферный уси/1итель, кварцевый резонатор, первый вывод которого подключен k выходу 35 модулятора, последовательно соединенные фильтр нижних частот,.второй усилитель, и второй буферный усилитель, при зтом выход первого усилителя подключен к первому входу модулятора, выхЬд второго усилителя 40 подключен к второму входу модулятора, о тЛичающееся тем, что, с целью повыщения точности температурной компенсации, введены последовательно соединенные переклЮчатель, полосовой фильтр и третий усилитель, выход которого подключен к второму входу модулятора, последовательно соединенные счетчик адреса, блок постоянного запоминания, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, блок сравнения кодов, вход которого подключен к выходу блока постоянного запоминания, а выход - к управляющему входу переключателя, формирователь импульсов управления, первый выход которого введенный первый ключ подключен к входу синхронизации счетчика адреса, второй ключ, который включен между выходом третьего усилителя и счетным входом счетчика адреса, последовательно соединенные датчик температуры и третий ключ, выход которого соединен. с первым входом формирователя, управляющих импуЛьсов и счетным входом счетчика адреса, формирователь интервала счета, который включен между выходом первого буферного усилителя и вторым входом формирователя управляющих импульсов, элемент управления частотой, который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и входом смесителя,.при этом управляющий вход элемента управления частотой подключен к вы-, ходу цифроаналогового преобразователя, управляющий вход первого ключа подключен к выходу формирователя интервала счета, второй выход формирователя управляющих импульсов подключен к входу установки, счетчика адреса, третий выход формирователя управляющих импульсов подключен к входу управления третьего ключа и входу разрешения записи регистра хранения, че твертый выход формирователя управляющих импульсов подключен к входу управления второго ключа, вход Переключателя подключен к выходу смесителя, второй выход переключателя подключен к входу фильтра нижних частот, вход первого усилителя соединен с входом смесителя.

qif&ujvh(Mt/)ia(dU 7Jii(Hi t/gi3dufj VH

;ULr

N

.:«sj:v

f(r)

Изобретение относ,итбя к области ради- отежники и может быть использовано в ис* точника^ высокостабильных электрических колебаний. Цель изобретения — повышение точности температурной компенсации. Устройство содержит модулятор 1, кварцевый резонатор (КР) 2. первый усилитель 3, первый буферный усилитель (БУ) 4, смеситель 5, переключатель 6..фильтр 7 нижних частот, второй усил1(}тель 8. второй буферный усилитель (БУ) 9. полосовой фильтр (ПФ) 10, третий усилитель 11, формирователь 12 интервалов счета, формирователь 13 импульсов управления, первый, второй и третий ключи 14 - 16, датчик 17 температуры, счетчик 18 адреса, блок 19 постоянного^запоми- нания, блок 20 сравнения ходов, элемент 21 управления частотой, регистр 22 хранения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23. При включении питания в кольце, содержащем модулятор 1, КР 2, первый усилител ь 3. бозбуж- даются колебания нетемпературной моды С с частотой fc, которые поступают на формирователь 12, а в кольце, содержащем модулятор 1, КР 2, смеситель 5, фильтр 7. второй усилитель 8, возбуждаются колебания термомоды В с частотой fei. Переключатель 6 подключает в зтом случае выход смесителя 5 к входу фильтра 7. При совпадении температуры КР 2 с температурой разрыва температурно-частот- ной характеристики для термомоДы В. во сигналу с датчика 17, первого, второго и третьего ключей 14 - 16, счетчика 18, блока 19 и блока 20 формирователем 13 формируется сигнал управления переключателем.который подключает выход смесителя 5 к входу ПФ 10. Код, считанный с блока 19,подается на ретстр 22 и с его выхода нерез ЦАП 23-на элемент 21.4 ил..1^0^О Ч)^ьо