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具有幅度相位补偿的晶体振荡器频率补偿系统

阅读:623发布:2020-05-08

专利汇可以提供具有幅度相位补偿的晶体振荡器频率补偿系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 适用于 晶体 振荡器 技术领域,提供了一种具有幅度 相位 补偿的 晶体振荡器 的 频率 补偿系统,包括: 加速 度 传感器 、加速度补偿 电路 和相位幅度补偿电路;通过加速度传感器对晶体振荡器的加速度进行检测,然后通过加速度补偿电路对加速度 电压 信号 进行加速度补偿,得到加速度补偿电压,最后通过相位幅度补偿电路对加速度补偿电压进行幅度和相位补偿,得到最终补偿电压,使最终补偿电压能够减小加速度传感器在监测晶体振荡器所受振动强度时的电压信号存在的幅度和相位偏差,从而减小晶体振荡器的频率变化,扩大晶体振荡器的频率补偿范围,进而优化晶体振荡器的近端动态 相位噪声 。,下面是具有幅度相位补偿的晶体振荡器频率补偿系统专利的具体信息内容。

1.一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器频率补偿系统,其特征在于,包括:加速传感器、加速度补偿电路和相位幅度补偿电路;
所述加速度传感器的输出端与所述加速度补偿电路的输入端连接,所述加速度补偿电路的输出端与所述相位幅度补偿电路的输入端连接,所述相位幅度补偿电路的输出端与晶体振荡器连接;
所述加速度传感器用于对所述晶体振荡器的加速度进行检测,得到加速度电压信号,并将所述加速度电压信号发送至所述加速度补偿电路;
所述加速度补偿电路用于根据所述加速度电压信号生成加速度补偿电压,并将所述加速度补偿电压发送至所述相位幅度补偿电路;
所述相位幅度补偿电路用于对所述加速度补偿电压进行幅度补偿和相位补偿,得到最终补偿电压,并将所述最终补偿电压发送至所述晶体振荡器,以使所述晶体振荡器根据所述最终补偿电压产生用于减小频率偏移的补偿频率。
2.如权利要求1所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述加速度补偿电路包括初始补偿模、方向补偿模块和相位噪声检测模块;
所述初始补偿模块用于根据所述加速度电压信号得到初始补偿电压;并将所述初始补偿电压发送至所述方向补偿模块;
所述相位噪声检测模块用于检测上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器的相位噪声,并根据所述相位噪声得到电平控制信号,以及将所述电平控制信号反馈至所述方向补偿模块;
所述方向补偿模块用于根据所述初始补偿电压及所述电平控制信号生成加速度补偿电压。
3.如权利要求2所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述加速度补偿电压包括第一补偿电压和第二补偿电压;所述方向补偿模块包括转换型继电器、正相输出单元和反相输出单元;
所述转换型继电器的动触点与所述初始补偿模块的输出端连接,所述转换型继电器的第一静触点与所述正相输出单元的输入端连接,所述转换型继电器的第二静触点与所述反相输出单元的输入端连接,所述正相输出单元的输出端及所述反相输出单元的输出端分别与所述相位幅度补偿电路的输入端连接;所述动触点与所述第一静触点组成常闭开关,所述动触点与所述第二静触点组成常开开关;
所述转换型继电器用于根据所述相位噪声检测模块反馈的电平控制信号转换所述常开开关和所述常闭开关的开关状态;
所述正相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第一补偿电压;
所述反相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第二补偿电压。
4.如权利要求2所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述电平控制信号包括高电平信号和低电平信号,所述相位噪声检测模块包括相位噪声检测仪和控制单元;
所述相位噪声检测仪用于检测未经过频率补偿的晶体振荡器的第一相位噪声、及上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器的第二相位噪声,并将所述第一相位噪声及所述第二相位噪声发送至所述控制单元;
所述控制单元用于对所述第一相位噪声及所述第二相位噪声作差,得到噪声差值,若所述噪声差值小于噪声差阈值,则输出所述高电平信号,若所述噪声差值大于或等于所述噪声差阈值,则输出所述低电平信号。
5.如权利要求2所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述加速度传感器为三轴加速度传感器。
6.如权利要求5所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述加速度电压信号包括X轴电压分量、Y轴电压分量和Z轴电压分量;所述初始补偿模块包括第一放大单元,第二放大单元、第三放大单元及加法单元;
所述第一放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的X轴输出端连接,所述第一放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第一放大单元用于对所述X轴电压分量进行放大处理;
所述第二放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Y轴输出端连接,所述第二放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第二放大单元用于对所述Y轴电压分量进行放大处理;
所述第三放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Z轴输出端连接,所述第三放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第三放大单元用于对所述Z轴电压分量进行放大处理;
所述加法单元用于对经过放大处理的X轴电压分量、经过放大处理的Y轴电压分量及经过放大处理的Z轴电压分量求和,得到初始补偿电压。
7.如权利要求3所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述正相输出单元包括第一输出电阻
8.如权利要求3所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述反相输出单元包括反相器
9.如权利要求1至8任一项所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,所述幅度相位补偿电路包括第一补偿电阻、第二补偿电阻、第一补偿电容、第二补偿电容和第一运算放大器
所述第一运算放大器的正相输入端为所述幅度相位补偿电路的输入端,所述第一补偿电阻的第二端、所述第一补偿电容的第二端、所述第二补偿电阻的第一端和所述第二补偿电容的第一端分别与所述第一运算放大器的反相输入端连接,所述第一补偿电阻的第一端及所述第一补偿电容的第一端均接地,所述第二补偿电容的第二端及所述第二补偿电阻的第二端均与所述第一运算放大器的输出端连接,所述第一运算放大器的输出端为所述幅度相位补偿电路的输出端。
10.如权利要求1至8任一项所述的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,其特征在于,还包括第一电阻,所述第一电阻的第一端与所述相位幅度补偿电路的输出端连接,所述第一电阻的第二端与所述晶体振荡器的输入端连接。

说明书全文

具有幅度相位补偿的晶体振荡器频率补偿系统

技术领域

[0001] 本发明属于晶体振荡器技术领域,尤其涉及一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统。

背景技术

[0002] 晶体振荡器具有频率稳定度高、相位噪声低的特点,晶体振荡器通常作为系统的参考信号源广泛应用于车载、机载和弹载等航天军用电子系统中。晶体振荡器是一个对振动非常敏感的器件,其电性能指标,特别是相位噪声在振动条件下会严重恶化。振动强度越大,动态相位噪声恶化越大。
[0003] 目前常用的解决方案是采用机械减振的方式,通过减振器对晶体振荡器进行减振,减小晶体振荡器所受到的振动强度,从而使晶体振荡器的动态相位噪声的恶化量减小。其不足之处是由于机械减振方式存在减振器的谐振频率问题,对于大于谐振频率处的振动有衰减作用,而对于小于或等于谐振频率处的振动无衰减作用,甚至还会在谐振频率处产生谐振而放大振动强度。

发明内容

[0004] 有鉴于此,本发明实施例提供了一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,以解决现有技术中机械减震方式无法优化低频率段近端动态相位噪声的问题。
[0005] 本发明实施例提供了一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统,包括:加速传感器、加速度补偿电路和相位幅度补偿电路;
[0006] 所述加速度传感器的输出端与所述加速度补偿电路的输入端连接,所述加速度补偿电路的输出端与所述相位幅度补偿电路的输入端连接,所述相位幅度补偿电路的输出端与晶体振荡器连接;
[0007] 所述加速度传感器用于对所述晶体振荡器的加速度进行检测,得到加速度电压信号,并将所述加速度电压信号发送至所述加速度补偿电路;
[0008] 所述加速度补偿电路用于根据所述加速度电压信号生成加速度补偿电压,并将所述加速度补偿电压发送至所述相位幅度补偿电路;
[0009] 所述相位幅度补偿电路用于对所述加速度补偿电压进行幅度补偿和相位补偿,得到最终补偿电压,并将所述最终补偿电压发送至所述晶体振荡器,以使所述晶体振荡器根据所述最终补偿电压产生用于减小频率偏移的补偿频率。
[0010] 在一个实施例中,所述加速度补偿电路包括初始补偿模、方向补偿模块和相位噪声检测模块;
[0011] 所述初始补偿模块用于根据所述加速度电压信号得到初始补偿电压;并将所述初始补偿电压发送至所述方向补偿模块;
[0012] 所述相位噪声检测模块用于检测上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器的相位噪声,并根据所述相位噪声得到电平控制信号,以及将所述电平控制信号反馈至所述方向补偿模块;
[0013] 所述方向补偿模块用于根据所述初始补偿电压及所述电平控制信号生成加速度补偿电压。
[0014] 在一个实施例中,所述加速度补偿电压包括第一补偿电压和第二补偿电压;所述方向补偿模块包括转换型继电器、正相输出单元和反相输出单元;
[0015] 所述转换型继电器的动触点与所述初始补偿模块的输出端连接,所述转换型继电器的第一静触点与所述正相输出单元的输入端连接,所述转换型继电器的第二静触点与所述反相输出单元的输入端连接,所述正相输出单元的输出端及所述反相输出单元的输出端分别与所述相位幅度补偿电路的输入端连接;所述动触点与所述第一静触点组成常闭开关,所述动触点与所述第二静触点组成常开开关;
[0016] 所述转换型继电器用于根据所述相位噪声检测模块反馈的电平控制信号转换所述常开开关和所述常闭开关的开关状态;
[0017] 所述正相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第一补偿电压;
[0018] 所述反相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第二补偿电压。
[0019] 在一个实施例中,所述电平控制信号包括高电平信号和低电平信号,所述相位噪声检测模块包括相位噪声检测仪和控制单元;
[0020] 所述相位噪声检测仪用于检测未经过频率补偿的晶体振荡器的第一相位噪声、及上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器的第二相位噪声,并将所述第一相位噪声及所述第二相位噪声发送至所述控制单元;
[0021] 所述控制单元用于对所述第一相位噪声及所述第二相位噪声作差,得到噪声差值,若所述噪声差值小于噪声差阈值,则输出所述高电平信号,若所述噪声差值大于或等于所述噪声差阈值,则输出所述低电平信号。
[0022] 在一个实施例中,所述加速度传感器为三轴加速度传感器。
[0023] 在一个实施例中,所述加速度电压信号包括X轴电压分量、Y轴电压分量和Z轴电压分量;所述初始补偿模块包括第一放大单元,第二放大单元、第三放大单元及加法单元;
[0024] 所述第一放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的X轴输出端连接,所述第一放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第一放大单元用于对所述X轴电压分量进行放大处理;
[0025] 所述第二放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Y轴输出端连接,所述第二放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第二放大单元用于对所述Y轴电压分量进行放大处理;
[0026] 所述第三放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Z轴输出端连接,所述第三放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接,所述第三放大单元用于对所述Z轴电压分量进行放大处理;
[0027] 所述加法单元用于对经过放大处理的X轴电压分量、经过放大处理的Y轴电压分量及经过放大处理的Z轴电压分量求和,得到初始补偿电压。
[0028] 在一个实施例中,所述正相输出单元包括第一输出电阻
[0029] 在一个实施例中,所述反相输出单元包括反相器
[0030] 在一个实施例中,所述幅度相位补偿电路包括第一补偿电阻、第二补偿电阻、第一补偿电容、第二补偿电容和第一运算放大器
[0031] 所述第一运算放大器的正相输入端为所述幅度相位补偿电路的输入端,所述第一补偿电阻的第二端、所述第一补偿电容的第二端、所述第二补偿电阻的第一端和所述第二补偿电容的第一端分别与所述第一运算放大器的反相输入端连接,所述第一补偿电阻的第一端及所述第一补偿电容的第一端均接地,所述第二补偿电容的第二端及所述第二补偿电阻的第二端均与所述第一运算放大器的输出端连接,所述第一运算放大器的输出端为所述幅度相位补偿电路的输出端。
[0032] 在一个实施例中,所述系统还包括第一电阻,所述第一电阻的第一端与所述相位幅度补偿电路的输出端连接,所述第一电阻的第二端与所述晶体振荡器的输入端连接。
[0033] 本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本发明实施例提供的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统通过加速度传感器对晶体振荡器的加速度进行检测,然后通过加速度补偿电路进行加速度补偿,得到加速度补偿电压,最后通过相位幅度补偿电路对加速度补偿电压进行幅度和相位补偿,得到最终补偿电压,使最终补偿电压能够减小加速度传感器用于监测晶体振荡器所受振动强度的电压信号存在的幅度和相位偏差,从而减小晶体振荡器的频率变化,扩大晶体振荡器的频率补偿范围,进而优化晶体振荡器的近端动态相位噪声。附图说明
[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1是本发明实施例提供的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统的结构示意图;
[0036] 图2是本发明实施例提供的晶体振荡器频率补偿前后的频率变化示意图;
[0037] 图3是本发明实施例提供的具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统的又一结构示意图
[0038] 图4是本发明实施例提供的加速度补偿电路和幅度相位补偿电路的电路示意图;
[0039] 图5是本发明实施例提供的幅度相位补偿前后的相位噪声变化曲线对比图。

具体实施方式

[0040] 以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0041] 为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
[0042] 如图1所示,图1示出了本发明实施例提供了一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统10的结构示意图,其包括:加速度传感器11、加速度补偿电路12和相位幅度补偿电路13;
[0043] 所述加速度传感器11的输出端与所述加速度补偿电路12的输入端连接,所述加速度补偿电路12的输出端与所述相位幅度补偿电路13的输入端连接,所述相位幅度补偿电路13的输出端与晶体振荡器连接;
[0044] 所述加速度传感器11用于对所述晶体振荡器的加速度进行检测,得到加速度电压信号,并将所述加速度电压信号发送至所述加速度补偿电路12;
[0045] 所述加速度补偿电路12用于根据所述加速度电压信号生成加速度补偿电压,并将所述加速度补偿电压发送至所述相位幅度补偿电路13;
[0046] 所述相位幅度补偿电路13用于对所述加速度补偿电压进行幅度补偿和相位补偿,得到最终补偿电压,并将所述最终补偿电压发送至所述晶体振荡器,以使所述晶体振荡器根据所述最终补偿电压产生用于减小频率偏移的补偿频率。
[0047] 在本实施例中,晶体振荡器20的电路结构如图1所示,晶体振荡器20包括晶体谐振器CRY、第一电容Cn1、第二电容Cn2、第一晶振电阻Rn1和振荡电路21。其中,晶体谐振器CRY第一端通过第一电容Cn1与振荡电路21连接,第二端通过第二电容Cn2与第一晶振电阻Rn1并联的方式与振荡电路21连接,且第二电容Cn2与第一晶振电阻Rn1与振荡电路21连接的一端接地。其中,第一电容Cn1和第二电容Cn2分别用于隔离直流电压和耦合交流信号。频率补偿系统的相位幅度补偿电路13的输出端通过第一电阻Ro与晶体谐振器CRY的第一端连接,从而为晶体振荡器20提供加速度补偿电压。
[0048] 在本实施例中,晶体振荡器20受到振动时会产生微小的频率变化而使相位噪声恶化。加速度传感器11可实时监测晶体振荡器20从低频到高频的振动强度的特性,加速度传感器11得到振动强度相对应的加速度电压信号,并将加速度电压信号发送至加速度补偿电路12,加速度补偿电路12对加速度电压信号进行加速度补偿,得到加速度补偿电压能够控制晶体振荡器20产生与晶体振荡器20本身的振荡频率相反的频率。
[0049] 如图2所示,图2示出了晶体振荡器20经过频率补偿前后的频率变化图,其中,曲线a为加速度补偿前的晶体振荡器的频率变化曲线,曲线b为加速度补偿后的晶体振荡器的频率变化曲线,曲线c为加速度补偿电压对应的频率变化曲线。可见频率补偿前的频率变化与加速度补偿电压产生的频率变化方向正好相反,从而使频率补偿后的晶体振荡器20的频率变化减小,最终优化晶体振荡器20的近端动态相位噪声。
[0050] 在本实施例中,由于加速度传感器11具有固定的谐振频率,通常在1500Hz内,受加速度传感器11谐振频率的影响,加速度传感器11用于监测晶体振荡器所受振动强度的电压信号存在幅度和相位偏差,频率补偿范围只能达到100HZ左右,频率补偿效果不佳。
[0051] 有鉴于此,本实施例通过幅度相位补偿电路对加速度补偿电路12补偿得到的加速度补偿电压进行相位和幅值的补偿,用以弥补加速度传感器11谐振频率的影响,从而扩大频率补偿范围,优化频率补偿效果。
[0052] 图3示出了本实施例提供的又一种具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统的结构示意图,如图3所示,在一个实施例中,所述加速度补偿电路12包括初始补偿模块121、方向补偿模块122和相位噪声检测模块123;
[0053] 所述初始补偿模块121用于根据所述加速度电压信号得到初始补偿电压;并将所述初始补偿电压发送至所述方向补偿模块122;
[0054] 所述相位噪声检测模块123用于检测上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器的相位噪声,并根据所述相位噪声得到电平控制信号,以及将所述电平控制信号反馈至所述方向补偿模块122;
[0055] 所述方向补偿模块122用于根据所述初始补偿电压及所述电平控制信号生成加速度补偿电压。
[0056] 在本实施例中,加速度传感器11得到振动强度相对应的加速度电压信号,并将加速度电压信号发送至初始补偿模块121,从而使初始补偿模块121对加速度电压信号进行电压补偿,相位噪声检测模块123根据检测的晶体振荡器的相位噪声确定作用到晶体振荡器上的最终补偿电压的方向,方向补偿模块122根据相位噪声检测模块123反馈的最终补偿电压的方向及初始补偿电压得到加速度补偿电压,从而使加速度补偿电压对应的晶体振荡器的振荡频率与晶体振荡器本身产生的振荡频率相反。
[0057] 在一个实施例中,所述加速度补偿电压包括第一补偿电压和第二补偿电压;所述方向补偿模块122包括转换型继电器、正相输出单元和反相输出单元;
[0058] 所述转换型继电器的动触点与所述初始补偿模块121的输出端连接,所述转换型继电器的第一静触点与所述正相输出单元的输入端连接,所述转换型继电器的第二静触点与所述反相输出单元的输入端连接,所述正相输出单元的输出端及所述反相输出单元的输出端分别与所述相位幅度补偿电路13的输入端连接;所述动触点与所述第一静触点组成常闭开关,所述动触点与所述第二静触点组成常开开关;
[0059] 所述转换型继电器用于根据所述相位噪声检测模块123反馈的电平控制信号转换所述常开开关和所述常闭开关的开关状态;
[0060] 所述正相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第一补偿电压;
[0061] 所述反相输出单元根据所述初始补偿电压得到所述第二补偿电压。
[0062] 在本实施例中,由于需要向晶体振荡器20输出一个方向相反的补偿电压以抵消晶体振荡器20振动产生的频率,因此,需要对晶体振荡器20振荡时产生的相位噪声进行检测。
[0063] 具体地,若检测出频率补偿后相位噪声明显减小,则说明频率补偿系统输出的加速度补偿电压作用到晶体振荡器20后产生的频率方向与晶体振荡器20未补偿时频率变化方向相反,因此可以继续以上一周期使用的方向补偿模块122中的正相输出单元(反相输出单元)进行方向补偿;若检测出频率补偿后相位噪声变化不明显,则说明频率补偿系统输出的加速度补偿电压作用到晶体振荡器20后产生的频率变化方向与晶体振荡器20未补偿前的频率变化方向相同,则此时需要改变方向补偿模块122中的输出单元,例如,若上一周期初始补偿模块121连接的是正相输出单元,则通过转换型继电器K1将初始补偿模块121与反相输出单元连接,并断开初始补偿模块121与正相输出单元的连接。
[0064] 在本实施例中,转换型继电器K1用于连接初始补偿模块121和方向补偿模块122的正相输出单元及反相输出单元,转换型继电器K1包括三个触点,其中一个为动触点,两个为静触点,将动触点与初始补偿模块121输出端连接,第一静触点与正相输出单元连接,使动触点与第一静触点组成常开开关,第二静触点与反相输出单元连接,使动触点与第二静触点组成常闭开关。初始补偿模块121和正相输出单元之间通过常闭开关连接,初始补偿模块121与反相输出单元之间通过转换型继电器K1的常开开关连接。
[0065] 当转换型继电器K1获取到低电平信号时,则动触点与第一静触点连接,常开开关开启,常闭开关关断,初始补偿模块121输出的初始补偿电压发送至正相输出单元,正相输出单元将初始补偿电压正相输出至幅度相位补偿电路。当转换型继电器K1获取到高电平信号时,则动触点转至第二静触点,与第二静触点连接,常开开关关断,常闭开关开启,初始补偿模块121输出的初始补偿电压发送至反相输出单元,反向输出单元对初始补偿电压进行反向,得到加速度补偿电压发送至幅度相位补偿电路。
[0066] 在本发明的一个实施例中,还可以使第一静触点与反相输出单元连接,从而使初始补偿模块121与反相输出单元之间通过常开开关连接;使第二静触点与正相输出单元连接,从而使初始补偿模块121与正相输出单元之间通过常闭开关连接。
[0067] 在一个实施例中,所述电平控制信号包括高电平信号和低电平信号,所述相位噪声检测模块123包括相位噪声检测仪1231和控制单元1232;
[0068] 所述相位噪声检测仪1231用于检测未经过频率补偿的晶体振荡器20的第一相位噪声、及上一周期经过频率补偿后的晶体振荡器20的第二相位噪声,并将所述第一相位噪声及所述第二相位噪声发送至所述控制单元1232;
[0069] 所述控制单元1232用于对所述第一相位噪声及所述第二相位噪声作差,得到噪声差值,若所述噪声差值小于噪声差阈值,则输出所述高电平信号,若所述噪声差值大于或等于所述噪声差阈值,则输出所述低电平信号。
[0070] 在本实施例中,如图3所示,相位噪声检测仪1231监测晶体振荡器20的相位噪声,第一相位噪声为未经过频率补偿的晶体振荡器振动时产生的噪声,第二相位噪声为通过常闭开关对应的输出单元产生的加速度补偿电压对应的最终补偿电压进行频率补偿后的晶体振荡器产生的噪声。将第一相位噪声和第二相位噪声发送至控制单元1232。控制单元1232根据第一相位噪声及第二相位噪声,得到噪声差值,若噪声差值小于噪声差阈值,则说明晶体振荡器20的相位噪声未发生明显变化,需要改变方向补偿模块122的输出单元,因此,输出高电平使转换型继电器K1改变开关状态,若噪声差值大于或等于噪声差阈值,则说明晶体振荡器20的相位噪声有明显的减小,目前的输出单元的补偿方向正确,因此输出低电平信号,转换型继电器K1不改变开关状态。
[0071] 在一个实施例中,所述加速度传感器11为三轴加速度传感器。
[0072] 在一个实施例中,所述加速度电压信号包括X轴电压分量、Y轴电压分量和Z轴电压分量;所述初始补偿模块121包括第一放大单元,第二放大单元、第三放大单元及加法单元;
[0073] 所述第一放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的X轴输出端连接,所述第一放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接;
[0074] 所述第二放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Y轴输出端连接,所述第二放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接;
[0075] 所述第三放大单元的输入端与所述三轴加速度传感器的Z轴输出端连接,所述第三放大单元的输出端与所述加法单元的输入端连接。
[0076] 在本实施例中,采用一个具有X、Y和Z三方向的三轴加速度传感器对晶体振荡器20所受到振动强度的加速度值进行实时监测。加速度传感器11的X、Y和Z三个互相垂直方向各自输出的加速度电压信号经过信号放大与加和运算之后得到初始补偿电压。
[0077] 在本实施例中,图4示出了具有幅度相位补偿的晶体振荡器的频率补偿系统中的加速度补偿电路12及幅度相位补偿电路的电路示意图,如图4所示,图4中的X、Y、Z端口分别为加速度传感器11的X轴输出端、Y轴输出端和Z轴输出端。
[0078] 在本实施例中,所述第一放大单元包括第一放大电阻R1、第二放大电阻R2、第三放大电阻R3、第四放大电阻R4和第二运算放大器OP1;
[0079] 所述第一放大电阻R1的第一端为所述第一放大单元的输入端,所述第一放大电阻R1的第二端与所述第二运算放大器OP1的同相输入端连接;所述第二运算放大器OP1的反相输入端分别与所述第二放大电阻R2的第一端及所述第三放大电阻R3的第一端连接;所述第二放大电阻R2的第二端接地,所述第三放大电阻R3的第二端分别与所述第二运算放大器OP1的输出端及所述第四放大电阻R4的第一端连接,所述第四放大电阻R4的第二端为所述第一放大单元的输出端。
[0080] 在本实施例中,所述第二放大单元和所述第三放大单元与所述第一放大单元的结构相同。
[0081] 具体地,所述第二放大单元包括第五放大电阻R5、第六放大电阻R6、第七放大电阻R7、第八放大电阻R8和第三运算放大器OP2;所述第三放大单元包括第九放大电阻R9、第十放大电阻R10、第十一放大电阻R11、第十二放大电阻R12和第四运算放大器OP3;所述第五放大电阻R5的第一端为所述第二放大单元的输入端,所述第五放大电阻R5的第二端与所述第三运算放大器OP2的同相输入端连接;所述第三运算放大器OP2的反相输入端分别与所述第六放大电阻R6的第一端及所述第七放大电阻R7的第一端连接;所述第六放大电阻R6的第二端接地,所述第七放大电阻R7的第二端分别与所述第三运算放大器OP2的输出端及所述第八放大电阻R8的第一端连接,所述第八放大电阻R8的第二端为所述第二放大单元的输出端;
[0082] 所述第九放大电阻R9的第一端为所述第三放大单元的输入端,所述第九放大电阻R9的第二端与所述第四运算放大器OP3的同相输入端连接;所述第四运算放大器OP3的反相输入端分别与所述第十放大电阻R10的第一端及所述第十一放大电阻R11的第一端连接;所述第十放大电阻R10的第二端接地,所述第十一放大电阻R11的第二端分别与所述第四运算放大器OP3的输出端及所述第十二放大电阻R12的第一端连接,所述第十二放大电阻R12的第二端为所述第三放大单元的输出端。
[0083] 在一个实施例中,所述加法单元包括第一加法电阻R13、第二加法电阻R14、第三加法电阻R15和第五运算放大器OP4;
[0084] 所述第五运算放大器OP4的同相输入端为所述加法单元的输入端,且所述第五运算放大器OP4的同相输入端通过所述第一加法电阻R13接地;所述第五运算放大器OP4的反相输入端分别与所述第二加法电阻R14的第一端及所述第三加法电阻R15的第一端连接,所述第二加法电阻R14的第二端接地,所述第三加法电阻R15的第二端与所述第五运算放大器OP4的输出端连接,所述第五运算放大器OP4的输出端为所述加法单元的输出端。
[0085] 在一个实施例中,所述正相输出单元包括第一输出电阻R16。
[0086] 在一个实施例中,所述反相输出单元包括反相器。
[0087] 在本实施例中,所述反相器包括第二输出电阻R17、第三输出电阻R18和第六运算放大器OP5;
[0088] 所述第二输出电阻R17的第一端为所述反相器的输入端,所述第二输出电阻R17的第二端分别与所述第六运算放大器OP5的反相输入端及所述第三输出电阻R18的第一端连接,所述第六运算放大器OP5的同相输入端接地,所述第三输出电阻R18的第二端与所述第六运算放大器OP5的输出端连接,所述第六运算放大器OP5的输出端为所述反相器的输出端。
[0089] 在一个实施例中,所述幅度相位补偿电路包括第一补偿电阻R19、第二补偿电阻R20、第一补偿电容C1、第二补偿电容C2和第一运算放大器OP6;
[0090] 所述第一运算放大器OP6的正相输入端为所述幅度相位补偿电路的输入端,所述第一补偿电阻R19的第二端、所述第一补偿电容C1的第二端、所述第二补偿电阻R20的第一端和所述第二补偿电容C2的第一端分别与所述第一运算放大器OP6的反相输入端连接,所述第一补偿电阻R19的第一端及所述第一补偿电容C1的第一端均接地,所述第二补偿电容C2的第二端及所述第二补偿电阻R20的第二端均与所述第一运算放大器OP6的输出端连接,所述第一运算放大器OP6的输出端为所述幅度相位补偿电路的输出端。
[0091] 在本实施例中,通过第一补偿电阻R19和第二补偿电阻R20调整加速度补偿电压的增益,从而改变加速度补偿电压的幅度,通过第一补偿电容C1和第二补偿电容C2调整加速度补偿电压的相位,从而实现加速度补偿电压的幅度和相位补偿。
[0092] 在本实施例中,如图5所示,图5为幅度相位补偿前后的相位噪声变化曲线对比图。图5中横坐标为频率,纵坐标为噪声差值(第一相位噪声减去第二相位噪声的值),曲线C1为将加速度补偿电压直接作用至晶体振荡器后产生的相位噪声变化曲线,曲线C2为将最终补偿电压作用至晶体振荡器后产生的相位噪声变化曲线,由图5可知,经过幅度相位补偿后的补偿频率范围更广,且同一频率下,最终补偿电压对应的噪声差值更大,也就是说经过幅度相位补偿后的频率补偿效果更好。
[0093] 在一个实施例中,所述系统还包括第一电阻Ro,所述第一电阻Ro的第一端与所述幅度相位补偿电路的输出端连接,所述第一电阻Ro的第二端与所述晶体振荡器20的输入端连接。
[0094] 在本实施例中,晶体振荡器的输入端为晶体谐振器的第一端。
[0095] 本申请提供的频率补偿系统采用频率压控方式对晶体振荡器20进行频率压控,能够减小晶体振荡器20振动时的频率变化量,同时通过幅度相位补偿模块对加速度电压进行幅度及相位补偿,从而减小加速度传感器11的谐振频率对频率补偿范围的影响,扩大频率补偿范围,优化频率补偿效果,最终实现优化晶体振荡器20动态相位噪声的目的。
[0096] 以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
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