[发明专利]一种带加速度补偿的恒温晶体振荡器

说明书

技术领域

本发明对恒温晶体振荡器进行振动补偿，应用于需要高精度频率基准场合，特别是在振动环境下需要高精度频率基准；如机载精密电子设备、航天器精密电子设备和各种运动载体携带的精密电子设备。

背景技术

恒温晶体振荡器(OCXO)由于输出频率稳定在各种需要高精度频率基准场合获得广泛应用。由于石英晶体振荡器对加速度敏感，在振动环境下输出频率改变，相位噪声增加，降低了电子设备的性能。

目前人们在机械结构上作了研究，在机械上采取各种缓冲技术，降低冲击对晶振的影响。然而机械上的缓冲只能减小短期的冲击，对于低频的加速度则无法解决。并且机械上的缓冲措施增大设备体积和重量，不利于小型化。

人们也采用了各种补偿方法。补偿包括被动补偿和主动补偿。Gagnepain等将两个振荡器在机械上反并联再在电气上串联，从而实现了被动补偿；有学者采用双晶振，将加速度敏感电容加在调谐电路中，利用加速度敏感电容进行补偿。也有学者采用主动补偿的方法，将加速度计安装在晶体上，将检测值馈入模拟电路实现频率调整。这些补偿方法均为模拟补偿方法，由于加速度变化范围大，要保证模拟电路在宽范围内的线性度很困难。

【1】Martin Bloch，”Method for achieving highly reproducible acceleration insensitive quartz crystal oscillators”，U.S.Patent No 7,106,143，2006

【2】John A.Kosinski，”Acceleration insensitive piezo-microresonator”，U.S.Patent No 7,154,212，2006

【3】Marvin E.Frerking，“Vibration compensated crystal oscillator”，U.S.Patent No4,891,611，1990

发明内容

本发明提出了一种采用数字方式补偿的恒温晶体振荡器。将三维MEMS加速度传感器安装在与晶体振荡器接近的位置，实时检测三维加速度。采用数字处理芯片得到三维加速度值，通过数字计算产生控制电压，该电压施加在恒温晶体振荡器的压控端，补偿加速度带来的频率变化。

该发明采用数字补偿技术，利用数字算法实现，克服了模拟电路易受环境温度影响、性能不稳定的缺点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为带加速度补偿的恒温晶振原理图。

图2为加速度矢量图。

图3为加速度补偿电路板原理图。

图4为加速度补偿电路板的安装示意图。

图5为加速度补偿电路板的平面示意图，其中1-MEMS加速度传感器；2-FPGA；3-电源模块；4-D/A芯片。

具体实施方式

恒温晶体振荡器(简称OCXO)一般具有温控电路精确控制晶体的温度，OCXO还具有一个压控电路，通过改变压控端的电压即可对输出频率进行调整。本发明在OCXO内部加上加速度补偿部分，该部分主要包括一个三维MEMS加速度传感器、基于FPGA的数字控制电路、数模转换电路(简称D/A)。具有加速度补偿的OCXO组成如图1所示。

OCXO具有一个固有的加速度敏感方向，该方向为确定的，通过测试方法可获得。设该方向与x，y，z三轴的夹角为错误！未找到引用源。。设三维MEMS加速度传感器实时检测三个方向的加速度，三轴加速度分别为a_x，a_y，a_z错误！未找到引用源。，则敏感加速度矢量为错误！未找到引用源。(1)

加速度传感器的检测值a_x，a_y，a_z送给FPGA，通过式(1)的计算得到敏感加速度值a_m，设OXCO的压控系数为k_v，加速度敏感系数为k_a，则数模转换输出的电压为

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