Устройство для стабилизации частоты

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в кварцевых генераторах с цифровой термокомпенсацией и цифровым термостатированием. Достигаемый технический результат - одновременное получение высокой добротности, пологой температурно-частотной характеристики, малой зависимости положения экстремума от угла среза по опорной моде и крутой температурно-частотной характеристики, малой зависимости динамического сопротивления от температуры по термочувствительной моде. Устройство содержит пьезокварцевый элемент и электронную схему возбуждения резонатора на двух модах, при этом пьезокварцевый элемент выполнен под углом 10° 53' к оси Х и минус 30-32° к оси Z пьезокварца. 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в кварцевых генераторах с цифровой термокомпенсацией и цифровым термостатированием.

Известно устройство стабилизации частоты, содержащее пьезокварцевый элемент толщинно-сдвиговых колебаний с ориентацией yxbl/21,93°/33,93° и схему одновременного возбуждения мод С и В в этом резонаторе. При этом мода С используется в качестве опорной, а мода В - в качестве термочувствительной [1]. Применяемый резонатор обеспечивает относительно пологую температурно-частотную характеристику (ТЧХ) возбуждаемой моды С (максимальный размах около 70·10^-6 в интервале от минус 55 до плюс 85°С) и довольно крутую ТЧХ моды В (крутизна около 270 Гц/°С для 10 МГц). Это позволяет измерять температуру пьезокристалла как функцию отношения частот мод В и С Т=F(ƒ_в/ƒ_C) с высокой точностью.

Недостатком данного устройства является то, что динамическое сопротивление моды В в интервале температур не постоянно и изменяется в несколько раз. Это осложняет стабильное возбуждение двух мод одновременно. При некоторых температурах могут наблюдаться срывы колебаний моды В.

Указанный недостаток устраняется в устройстве, осуществляющем одновременное возбуждение первой и третьей гармоник моды С в резонаторах SC-среза [2]. При этом на выходе автогенератора 2 сигнал первой гармоники F1 умножается по частоте на три и вычитается из частоты третьей механической гармоники F3 (Фиг.1).

Из [3] известно, что ТЧХ разных гармоник одного и того же резонатора отличаются линейным членом, следовательно, разностное колебание с частотой F_Р=F₃-3F₁ будет иметь линейную зависимость частоты от температуры. Для SC-среза (10 МГц по третьей гармонике) разностная ТЧХ будет иметь крутизну 14 Гц/°С. Как первая, так и третья гармоники имеют стабильное значение динамического сопротивления в интервале температур, следовательно, срывов колебаний не будет. Недостатком решения является низкое значение крутизны разностного колебания, что ухудшает точность измерения температуры кристалла.

Задачей изобретения является одновременное обеспечение высоких параметров как по опорной, так и по термочувствительной модам. Для этого пьезокварцевый элемент толщинно-сдвиговых колебаний выполнен под углом 10°53' к оси Х и минус 30-32° к оси Z пьезокварца и одновременно возбуждается на модах В и С.

На Фиг.2 приведена экспериментально исследованная ТЧХ моды С при изменении угла ориентации.

Температурно-частотные характеристики рассматриваемых резонаторов в интервале температур от минус 55 до плюс 85°С почти точно описываются параболой второго порядка. Но если коэффициент крутизны параболы SC-среза составляет приблизительно 1,5·10^-8/°C² и более, у предлагаемых резонаторов он не превышает 0,7·10^-8/°С². Соответственно, относительная разность значений между частотой, соответствующей температуре экстремума ТЧХ, и частотой на крайних точках интервала температур от минус 55 до плюс 85°С составит для резонаторов SC-среза приблизительно 70·10^-6, у предлагаемых - 35·10^-6. Смещение экстремума ТЧХ от изменения угла среза на одну минуту у резонаторов SC-среза составляет 1,6°С, у резонаторов предлагаемого среза - 0,75°С, т.е. вдвое меньше. Это значит, что при той же точности исполнения угла среза получается большая идентичность ТЧХ, поэтому подобранная схема термокомпенсации без изменений или с незначительными изменениями может быть применена для партии резонаторов.

Добротность предлагаемых резонаторов типична для срезов с отрицательным углом к оси Z - вдвое выше, чем у резонаторов AT, SC и других с положительным углом к оси Z.

На Фиг.3 приведена ТЧХ моды В предлагаемого резонатора. Ее крутизна примерно в семь раз больше, чем при использовании первой и третьей гармоник моды С.

На Фиг.4 приведено изменение динамического сопротивления моды В в интервале температур.

Таким образом, заявляемое решение одновременно обеспечивает высокие параметры как моды В, так и моды С, что делает это решение перспективным для использования в качестве частотозадающих блоков в генераторах с цифровой термокомпенсацией и цифровым термостатированием.

Источники информации

1. Патент США №4079280.

2. R.L.Filler, J.R.Vig, "Resonators for the microcomputer compensated crystal oscillator", Proc. 43^rd Ann. Symp.on Frequency Control, 1989.

3. Альтшуллер Г.Б., Кварцевая стабилизация частоты. - М.: Связь, 1974.

Устройство для стабилизации частоты кварцевых генераторов, содержащее пьезокварцевый элемент и электронную схему возбуждения резонатора на двух модах, одна из которых опорная, а другая термочувствительная, отличающееся тем, что пьезокварцевый элемент выполнен под углом 10° 53' к оси Х и минус 30-32° к оси Z пьезокварца.