温补晶振补偿电压自动测试系统

2012-07-09 18:51:56来源: 61ic

  温度补偿石英晶体振荡器(TCXO)由于具有较高的频率稳定度,作为一种高精度频率源被广泛地应用于通讯系统、雷达导航系统、精密测控系统等。温补晶振由石英晶体振荡电路和温度补偿网络两部分组成。其中,温度补偿网络的优化设计对于改善温补晶体振荡器的温频特性,提高振荡器的频率精度具有重要意义。

  1 温补晶振温度补偿原理

  温补晶振由石英晶体振荡电路和温度补偿网络两部分组成。典型的温补晶振原理示意图如图1所示。

典型的温补晶振原理示意图

  振荡器的频率温度特性主要由晶体谐振器的频率温度特性决定。常用的AT切晶体谐振器的频率温度特性为三次曲线,温补晶振温度补偿的原理就是通过改变振荡回路中的负载电容,使其随温度变化来补偿谐振器由于环境温度变化所产生的频率漂移。

  图1中变容二极管D两端所加电压(即补偿电压)由温补网络输出,温补网络随温度自动调节输出电压,变容二极管容量随之改变,以抵消谐振器频率随温度的变化,可使输出频率基本不变。

  从以上原理分析可得温补晶振补偿过程如下:

  (1)测试出补偿电压一温度曲线(V-T曲线);

  (2)根据V-T曲线数据,计算热敏网络中各电阻的阻值;

  (3)装配温补网络,测试成品振荡器f-T曲线,评价论证补偿效果。

  可以看出,获得准确的V-T曲线参数是温补晶振设计生产中的关键环节,直接关系到振荡器频率精度的高低,关系着成品温补晶振品质的优劣。

  2 系统硬件组成及测试过程

  温补网络补偿电压的测量多为人工手动完成。用小功率直流电压源代替温补网络,改变温度到目标点并保温,然后调节电压源输出,使振荡器输出达到中心频率,此时电压源输出即为该温度点的补偿电压;在各测试温度点重复以上操作,得到一组数据,即V-T曲线数据。这种手动测量方法效率低下,人力成本较高,而且手工记录测试数据,容易产生误差,难以实现精确快速的优质生产。

  本文设计提出一种温补网络补偿电压的自动测试方法,对该过程实现了自动控制与测量。

  2.1 系统硬件组成

  温补网络补偿电压自动测试系统以计算机为控制核心,结合应用软件,实现了补偿电压测试过程的自动化测试。系统可以完成设备自动控制,仪器的自动测试,数据存储以及数据分析等功能,大大提高了测试速度,节省了工作时间,还可以提高测试准确度,比传统的人工手动测试具有明显的优越性。

  本系统以计算机为控制中心,包括高低温箱、程控电源、数字频率计和数字万用表等设备。系统结构示意图如图2所示。

系统结构示意图

  (1)高低温箱S&A4220MR

  支持GPIB接口程控,满足-50~+80℃测试要求,箱内的测量圈设有50个工位,每个工位通过5根导线连接一个待测补偿电压的半成品活件,分别接活件的GND,VCC,VDD,OUT和E+,高低温箱与外部仪表连接如图3所示。

高低温箱与外部仪表连接

  (2)程控电源Agilent3631A

  支持GPIB接口程控,满足独立双路供电,其中0~6 V为E+供电,其分辨率可达2 mV以内;0~25 V为TCXO系统提供工作电压。

  (3)数字频率计EE3386A1

  支持串口程控,用于获取TCXO输出频率。

  (4)FLUKE45万用表

  支持串口程控,用于获取TCXO内部三端稳压器的输出电压VDD,为补偿网络分析计算辅助数据。

  2.2 补偿电压自动测试过程

  根据系统硬件组成与测试目的要求,补偿电压自动测试过程如下:

  将未装配补偿网络的待测半成品活件装入高低温箱,连接好各仪器设备,打开电源,运行程序,进行参数设置(如工作电压为8 V,中心频率为19.2 MHz,测试温度范围为-40~+70℃,10℃步进);点击开始按钮,程序控制高低温箱自动回0号参考工位,开始降温至-40℃,保温30 min后,工位进1,根据1号位活件设置调节程控电源工作电压输出,获取振荡器频率,变化E+,使振荡器频率越来越接近中心频率,直到满足要求,记录此时程控电源的E+即为所测补偿电压结果,同时记录振荡器内为温补网络供电的稳压器输出电压VDD;然后高低温箱轮位进1,移向2号位测量,直到所有工位测试完毕;开始升温10℃至-30℃,保温20 min,测试记录数据,完成所有工位测试;继续升温,保温、测量,直至全部温度点测试完毕,一个测试过程完成。

  3 软件组成

  应用软件采用VB 6.0编写,后台数据库采用Microsoft Access数据库。运行软件,可以对程控仪器设备进行操作和控制,实现测试过程的自动控制、数据自动测试以及自动记录,为温补晶振补偿网络参数计算过程提供准确可靠的输入数据。

  应用软件主要分为3个模块:活件参数管理模块,自动测试模块以及数据处理与存储模块。


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关键字:温补晶振  补偿电压  自动测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0709/article_5396.html
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