Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

 

Изобретение относ,итбя к области радиотежники 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^запоминания, 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. бозбуждаются 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-частотной 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 В 5/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

k с, О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4786305/09 (22) 23.01.90 (46) 30.01.92. Бюл. N. 4 (71) Новороссийское высшее инженерное морское училище, (72) Ю,С. Иванченко, В.Ф. Самойленко и И.И. Буймала (53) 621.373.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

O 934568, кл. Н 03 В 5/32, 03.09.80.

Electronics — Letters, vol 21, ЬЬ 5, р. 184186, 1985.. (54) УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ

КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА (57) Йзобретение относится к области радиотехники-и может быть использовано в источниках 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 усилитель 8, второй буферный усилитель (БУ) 9, полосовой фильтр (ПФ) 10, третий усилитель 11. формирователь 12 ин„„5Q„„1709492 А1 тервалов счета, формирователь 13 импульсов управления, первый, второй и третий ключи 14 — 16, датчик 17 температуры, счетчик 18 адреса, блок 19 постоянногозапоминания, блок 20 сравнения ходов, элемент 21 управления частотой, регистр 22 хранения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23.

При включении питания в кольце, содержащем модулятор 1, КР2, первый усилитель 3. возбуждаются колебания нетемпера1урной 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 fan. Переключатель 6 подключает в этом случае выход смесителя 5 к входу фильтра 7. При совпадении температуры КР 2 с температурой разрыва температурно-частотной 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 регистр 22 и с его выхода через ЦАП 23-на элемент 21. 4 ил.

1709492

20

50

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 термокомпенсации 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. 4 — результирующая ТЧХ генератора, получейная комбинацией двух ТЧХ возбужденных мод.

Устройство термокомпенсации кварцевого генератора (фиг. 1) содержит модулятор 1, кварцевый резонатор 2, первый усилитель 3, первый буферный усилитель 4, смеситель 5, переключатель 6, фильтр 7 нижних частот, второй усилитель 8, второй буферный усилитель 9, паласовой фильтр

10, третий усилитель 11, формирователь 12 интервалов счета, формирователь 13 -импульсов управления, первый ключ 14, второй ключ 15, третий ключ 16. датчик 17 температуры, счетчик 18 адреса, блок 19 постоянного запоминания, блок 20 сравнения кодов, элемент 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 нижних 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 управления частотой соединен со смесителем 5; Вход переключателя .6 соединен с выходом смесителя 5.

Первый выход переключателя 6 соединен с фильтром 7 нижних частот..Второй выход переключателя 6 соединен с последовательно подключенными паласовым фильтром

10; третьим усилителем 11, вторым буферным 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 соединен 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 уп равления переключателя 6. К выходу блока 19 постоянного запоминания последовательно . подключены регистр 22 хранения и цифроаналоговый преобразователь 23, выход которого соединен. с управляющим входом 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 вхо-. ду управления третьего ключа 16 и входу разрешения записи регистра 22 хранения;

Четвертый выход формирователя 13 импульсов управления. подключен к входу управления второго ключа 15..Выходы второго ключа 15 и третьего ключа 16 соединены со счетным входом счетчика адреса 18 и вторым входом формирователя 13 импульсов управления. Выход датчика 17 температуры соединен с входом третьего ключа 16.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания и произвольном значении температуры окружающей среды в кольце генератора, содержащем 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 второй вход модулятора l, кварцевый резанатор 2, смеситель 5, фильтр нижних частот (ФНЧ) 7, усилитель 8, возбуждаются колебания термомоды В с частотой f q. Переключатель 6 находится в положении выход смесителя 5вход ФНЧ 7. Одйако возбуждения колебаний моды В1 может не произойти вследствие по- " падания температуры резонатора в область температур на ТЧХ термомоды В, соответст-, вующую разрыву, что приведет к ошибке термокомпенсации генератора. Для устранения этой ошибки в схему генератора включен датчик 17 температуры на основе RC-генератора.

По положительному фронту первого импульса, поступившего с формирователя 12 интервалов счета, запускается формирователь 13 импульсов управления и замыкается кЛюч

14. Формирователь 13 импульсов управления выдает последовательность импуль-. сов..По первому импульсу замыкается ключ 16 и частотный RC-датчик

1709492

17температуры подключается к счетному,,,,тор 13» и замыкается ключ 14. По первому входу счетчика 18 адреса и второму входу: импульсу синхронизации замыкается ключ формирователя 13 импульсов управления, . 15 и размыкается ключ 16, колебания разно-.

По второму импульсу прекращается счет в:: .стной частоты Ь4 = fa> - fc подаются на . счетчике 18 адреса, ключ 14 размыкается;: 5 счетный вход счетчика 18 адреса и второй

По третьему импульсу счетчик 18 адреса об- .: вход формирователя 13 импульсов управлен ляется. Почетвертомуимпульсу разрееа - : ния. B остальном цикл работы формировается счет импульсов в счетчике 18 адреса.c :: теля 13 импульсов управления совпадае у тс частотой f (Т"). С приходом положительного. .:.:, предыдущим циклом работы.. фронта второго импульса с формироватепЯ:. 10: В дальнейших циклах работы ключ 15

12 интервалов счета датчик 17 температур@ - :: находится в замкнутом состоянии, а ключ 16 отключается и замыкается ключ 15. Кодад-::::,-:- : разомкнут. Такимобраэом, навходсчетчика еса,.сформированный счетчиком 18 адреса:-, . )8 адреса подаются колебания включенной в течение первого интервала счета„подае -;:,, ., термбмоды с частотой fg. На выходе счетчися на определенную область памяти.блуа :15 ка 18 адреса код адреса,. сформированный

19 постоянного запоминания, соответстау-" -, ; . за интервал счета формйрователем 12 ин. ющего кодам адреса; вырабатываемым,при:..::- - тервалов счета, поступает на отдельную обсчете импульсов RC-генератора; Из блока. : ласть памяти блока 19 постоянного

19 постоянного запоминания -извлекаетея:.:- запоминания, из блока 19 согласно адресу код, который сравнивается с кодом, эапи-::: 20 выбирается код, который. подается в блок 20 санным в блоке 20 сравнения кодов; По pe- . сравнения кодов. По результату операции зультату операции сравнения происходит -: .. сравнения происходит управление переуУравление.переключателем 6 При этом, :. ключателем 6,- На другую область памяти если в результате операции сравнения a6-.: блока 19 постоянного запоминания поданаружено, что ТЧХ термомоды В с частотой :.25 ется . этот же код адреса, по которому колебаний f находится в области разрыва; : .: определяется заранее занесенный код, со, то переключател 6 замыкает выход смеси. ответствующий напряжению управления,. теля 5 на вход полосового фильтра 10, 8:: подаваемогонаэлемент21управлениячас22 тате образуется кольцо генератора -". тотой; Код, считанный с блока 19 постоянновторой вход модулятора 1, кварцевый резо-:: 30 ro запоминания, . подается на регистр натор 2„смеситель 5, полосовой фильтр 10;, . хранения и с его выхода на цифроаналогоусилитель 11, в котором возбуждаются. коле-: вый.преобразователь 23„a затем уже в виде бания гармоники моды В с частотой f 1:, нв управляющего напряжения оодается на имеющейразрываТЧХприэтойтемперату-.. элемент 21 управления частотой. Так как

35. каждому значению температуры могут соотТаким образом, в течение первого ин- ветствовать два различных значения частотервала счета определяется, находится.ли.. ты на выходе блока 9, которые в результате возбуждаемая термомода в области разры- преобразования являются различными ко- . ва своей ТЧХи включается литермомода не дами адреса, то запись в блоке 19 постоянимеющая разрыва(фиг. 3 . Для исключения 40 ного запоминания произведена таким возникающей неоднозначности в определе- .. образом; что любому из двух значений адрении области разрыва ТЧХ термомоды тер- са будет соответствовать один и тот же код модатчиком на основе RC-генератора компенсирующего напряжения. область разрыва должна находиться вне ри Неоднозначность между частотой сигинтервала между ближайшими узловыми 45 нала Afg или f (T ) и температурой, обусточками ТЧХ RC-генератора. Такой прин- . ловленная набегом фазы между. интервалом цип обнаружения области разрыва ТЧХтвр- . . счета и частотой заполняющих импульсов, момоды по включению питания генератора . устраняется за счет того, что момент срабапоэволяет не предъявлять высокие требова- тывания переключателя 6 определяется кония к точности Измерения температуры 50 дом, соответствующим узловой точке ТЧХ.

RC-датчиком, т. к. узловые Гочки ТЧХ. ВС- Узловая точка определяется иэ выражения датчика могут быть заданы произвольно по, отношениюкузловымточкамТЧХтермоиО- М(Т ) = f(T )/fc i ды, причем терморезистор может ыь е-. где N - целое число; пылен или наклеен на кварцевый 55 f/ ) — частота датчика температуры;

fñö — частота повторения импульсов сче-.

По положительному фронту второго им- та. пульса, поступившего с формирователя 12 Первый буферный усилитель 4 преднаэинтервала счета, запускается синхрониза.- начен для согласования выходного сопро1709492

10 его первом выходе появится. сигнал "1". По- 30 сле появления сигнала "1" на входе D.D02

55 тивления кварцевого генератора с входным сопротивлением последующей электрической схемы. Вторбй буферный усилитель 9 предназначен для согласования выходного сопротивления усилителей 8 и 11 с входным сопротивлением ключа 15, Принципиальная схема цифровой части устройства термокомпенсации кварцевого

- генератора выполнена на элементах DD1.—

001, VT1 VT2 (фиг. 2)., Схема работает следующим образом.

В - результате формирования периода счета блоком 12 на вход регистра 00 1.1, который является входом формирователя 13 импульсов управления, начинают поступать импульсы счета..На тактовый вход ÎD 1,2 поступает сигнал разностной частоты Л fg или . сигнал с выхода RC-генератора микросхемы

003.1-D03.2 с частотой 1(Т ). Схема формирователя импульсов управления работает следующим образом. Пусть регистры 001.1, 1.2, 2 находятся в нулевом состоянии, Тогда сигнал "0" с первого выхода DD2 разрешает прохождейие импульсов с -частотой f (Т ) в счетчик адреса DD5 и ключ 004.1 находится в замкнутом состоянии, а ключ 004.2 разомкнут. С приходом первого положительного перепада напряжения с выхода формирователя 12 интервалов счета на вход DD1 1 на по первому положительному перепаду на его тактовом входе С сигнал "1" появится на первом выходе DD.2. Ilo этому сигналу прекращается счет в счетчике адреса ÎD5, DD1.1 обнуляется. С приходом второго тактового импульса на DD2 на его втором входе появляется сигнал "1", по которому счетчик

005 обнуляется, а на первом выходе появляется сигнал "0", по которому разрешается счет в 005,. По приходу третьего:тактового импульса прекращается обнуление счетчика ÎD5 и он начинает подсчитывать импульсы с частотой f (To). С приходом импульса синхронизации с выхода делителя частоты на вход регистра 001.1 цикл повторяется, Таким образом, после каждого цикла счетчика DD5 имз ПЗУ ОО7 извлекаетея код, соответствующий коду на выходе DD5.

С приходом второго имплульса синхронизации на вход регистра DD1.2 на его втором выходе появится сигнал "1", по которому ключ 004.1 размыкается, а 004.2 замыкается и на вход счетчика DD5 поступают импульсы с частотой Л4 ..Таким образом, при включении питания генератора в течение первого еформированного периода счета на вход счетчика DD5 поступают импульсы. с частотой f (Т ), по которым про15

50 исходит операция обнаружения разрывы

ТЧХ термомоды с частотой 41

Схема обнаружения разрыва ТЧХ работает следующим образом, Код на выходе счетчика, сформировац ный-из импульсов с частотой f (T ), являетса адресом для ППЗУ 007, который подается н

ПЗУ через йреобразователь. уровня DD6; причем 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 RC-генератора и . сигнализирующему страницах области раз-: рыва ТЧХ частоты 41, соответствует код А3, а всем другим значениям кода адреса сооТветствует код А4. В блоке сравнения кодов

20, выполненном на элементах D08-10, для сравнения кода, соответствующего частоте

RC-генератора, используется элемент

0010. На один вход элемента DD10 подан код ВЗ, при выполнении условия ВЗ =АЗ на выходе DD10 появляется уровень напряжения логической единицы, который сигнали-. зирует, что возбуждаемая частота находится в области разрыва собственной

ТЧХ-и переключает переключатель 6 в положение вход-выход по цепи смеситель 5— полосовой фильтр 10, что приводит к возбуждению термомоды с частотой Feg.. Если из ПЗУ извлечен код А4, то в результате сравнения А4 ВЗ на выходе 009 появится логический "0", что не приведет к переклю-. чению переключателя 6, и будет включено кольцо возбуждения с частотой 4>, т, к. при данной температуре отсутствует разрыв

ТЧХ частоты 41.

После прихода.,второго импульса синхронизации на вход DD1.2 отключается RCгенератор и к счетчику 005 подключается выход формирователя импульсов VT,1,2;, 003.3 с частотой Л 4ь С этого момента датчиком температуры является кварцевый резонатор 2, возбужденный на термомоде с частотой 41, Частота поступает на входсчетчика адреса 18; формирующего код адреса

ПЗУ, причем запись в ПЗУ ÎD7 произведена таким образом, что из ПЗУ код извлекается лишь в том случае,.если код адреса соответ- ствует узловой точке ТЧХ возбуждаемой термомоды. Любому коду адреса, соответствующему частоте Afsq и сигнализирующе-., му о разрыве ТЧХ, соответствует код Al.. записанный в ПЗУ DD7, а коду адреса coot: ветствующему частоте Л42 и сигнализирующему о разрыве ТЧХ, — код А2. Если код адреса не соответствует ни одному из перечисленных условий, то из ПЗУ ÎD7 извлека170949210

9 ется код А4 (А4 9 АЗ f А2 f А1). В блоке:20 сравнения кодов, выполненном на элемен-: . тах DD5-DD6; записаны два кода В1:и 82.

При выйолнении одного из условий А1 81,, . А2 - В2, что соответствует обнаружению,5 точки разрыва ТЧХ, на выходе блока 20 ,сравнения кодов появляется уровень логи; ческой "1", который поступает на трйггер.

Каждый раз при появлении уровня логич ской "1", триггер будет менять свое состоя- 10 ние на противоположное. Управляющее напряжение с выхода О-триггера,. соответ- ствующее его состоянию, поступает на управляющий вход переключателя 6 Такий образом происходит включение тока колъца 15 возбуждения колебаний с.частотой fa>, в:котором отсутствует разрыв ТЧХ термочувст-. вительной моды (фиг. 4), Код адреса, сформированный в счетчи-, ке 18 адреса, подается также и на ИЗУ 20

DD12. При этом запись в ПЗУ 0012 пройзведена таким образом, что по любому из двух адресов, соответствующих одной тем-. пературе, занесен один и тот же код компенсирующего напряжения. ОбЪем ПЗУ.25 определяется из необходимой точности термокомпенсации.

Формула изобретения .

Устройство термокомпенсации кварце- 0 вого генератора, содержащее модулятор, смеситель, последовательно соединенные первый усилитель и первый буферный усилитель, кварцевый резонатор, первый. вывод которого подключен к выходу 35 модулятора, последовательно соединенные фильтр нижних частот,. второй усилитель. и второй буферный усилитель, при этом выход первого усилителя подключен к .первому . входу модулятора, выход второго усиаителя 40 подключен к второму входу модулятора, .о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью повышения точности температурной компенсации, введены последовательно. соединенные пе-. реключатель, 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 переключа теля, формирователь импульсов управления, первый выход которого через 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.c 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 вйход 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, четвертый 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.

1709492

1 цоэшвь винабао а Н 0об vH

1709492

72 71 71 ?2

1точка; А1=6/-лереключение íî fgg

Хточкц ATE=82-аерекяочение на у юг.4

I

Составитель В.Самойленко

Техред М.Моргентал . Корректор Л.Бескид

Редактор М.Циткина

Заказ 435 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101