溫補晶振補償電壓自動(dòng)測試系統

溫度補償石英晶體振蕩器(TCXO)由于具有較高的頻率穩定度，作為一種高精度頻率源被廣泛地應用于通訊系統、雷達導航系統、精密測控系統等。溫補晶振由石英晶體振蕩電路和溫度補償網(wǎng)絡(luò )兩部分組成。其中，溫度補償網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化設計對于改善溫補晶體振蕩器的溫頻特性，提高振蕩器的頻率精度具有重要意義。
1 溫補晶振溫度補償原理

溫補晶振由石英晶體振蕩電路和溫度補償網(wǎng)絡(luò )兩部分組成。典型的溫補晶振原理示意圖如圖1所示。

振蕩器的頻率溫度特性主要由晶體諧振器的頻率溫度特性決定。常用的AT切晶體諧振器的頻率溫度特性為三次曲線(xiàn)，溫補晶振溫度補償的原理就是通過(guò)改變振蕩回路中的負載電容，使其隨溫度變化來(lái)補償諧振器由于環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的頻率漂移。

圖1中變容二極管D兩端所加電壓(即補償電壓)由溫補網(wǎng)絡(luò )輸出，溫補網(wǎng)絡(luò )隨溫度自動(dòng)調節輸出電壓，變容二極管容量隨之改變，以抵消諧振器頻率隨溫度的變化，可使輸出頻率基本不變。

從以上原理分析可得溫補晶振補償過(guò)程如下：

(1)測試出補償電壓一溫度曲線(xiàn)(V-T曲線(xiàn))；

(2)根據V-T曲線(xiàn)數據，計算熱敏網(wǎng)絡(luò )中各電阻的阻值；

(3)裝配溫補網(wǎng)絡(luò )，測試成品振蕩器f-T曲線(xiàn)，評價(jià)論證補償效果。

可以看出，獲得準確的V-T曲線(xiàn)參數是溫補晶振設計生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節，直接關(guān)系到振蕩器頻率精度的高低，關(guān)系著(zhù)成品溫補晶振品質(zhì)的優(yōu)劣。

2 系統硬件組成及測試過(guò)程

溫補網(wǎng)絡(luò )補償電壓的測量多為人工手動(dòng)完成。用小功率直流電壓源代替溫補網(wǎng)絡(luò )，改變溫度到目標點(diǎn)并保溫，然后調節電壓源輸出，使振蕩器輸出達到中心頻率，此時(shí)電壓源輸出即為該溫度點(diǎn)的補償電壓；在各測試溫度點(diǎn)重復以上操作，得到一組數據，即V-T曲線(xiàn)數據。這種手動(dòng)測量方法效率低下，人力成本較高，而且手工記錄測試數據，容易產(chǎn)生誤差，難以實(shí)現精確快速的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

本文設計提出一種溫補網(wǎng)絡(luò )補償電壓的自動(dòng)測試方法，對該過(guò)程實(shí)現了自動(dòng)控制與測量。

2.1 系統硬件組成

溫補網(wǎng)絡(luò )補償電壓自動(dòng)測試系統以計算機為控制核心，結合應用軟件，實(shí)現了補償電壓測試過(guò)程的自動(dòng)化測試。系統可以完成設備自動(dòng)控制，儀器的自動(dòng)測試，數據存儲以及數據分析等功能，大大提高了測試速度，節省了工作時(shí)間，還可以提高測試準確度，比傳統的人工手動(dòng)測試具有明顯的優(yōu)越性。

本系統以計算機為控制中心，包括高低溫箱、程控電源、數字頻率計和數字萬(wàn)用表等設備。系統結構示意圖如圖2所示。

(1)高低溫箱SA4220MR

支持GPIB接口程控，滿(mǎn)足-50～+80℃測試要求，箱內的測量圈設有50個(gè)工位，每個(gè)工位通過(guò)5根導線(xiàn)連接一個(gè)待測補償電壓的半成品活件，分別接活件的GND，VCC，VDD，OUT和E+，高低溫箱與外部?jì)x表連接如圖3所示。

(2)程控電源Agilent3631A

支持GPIB接口程控，滿(mǎn)足獨立雙路供電，其中0～6 V為E+供電，其分辨率可達2 mV以?xún)龋?～25 V為T(mén)CXO系統提供工作電壓。

(3)數字頻率計EE3386A1

支持串口程控，用于獲取TCXO輸出頻率。

(4)FLUKE45萬(wàn)用表

支持串口程控，用于獲取TCXO內部三端穩壓器的輸出電壓VDD，為補償網(wǎng)絡(luò )分析計算輔助數據。