CC BY
34
УДК 621.373.5.001.5
А.Н. Ляшук, С.А. Завьялов, И.В. Хоменко, А.Н. Лепетаев Омский государственный технический университет, г. Омск
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР С ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЕЙ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР
Автогенераторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ) имеют ряд преимуществ перед распространенными кварцевыми генераторами на объемных волнах. Это более высокая частота возбуждения, высокая механическая и электрическая прочности, технологичность изготовления, возможность совмещения с элементами интегральных микросхем. Но широкое использование ПАВ-генераторов сдерживает их низкая температурная и долговременная стабильность частоты [1].
Для повышения температурной стабильности частоты кварцевых генераторов на объемных волнах широко применяется метод термокомпенсации. Некоторые аналоговые способы формирования компенсирующего воздействия, например, на основе использования термозависимого давления, свойств биметалла (биметаллический конденсатор), изменения режима работы транзистора автогенератора в настоящее время практически не применяются или используются как дополнительные, так как не обеспечивают современных требований к уровню температурной нестабильности частоты термокомпенсированных кварцевых генераторов (ТККГ). В малогабаритных генераторах наиболее часто применяемым датчиком температуры на сегодня являются терморезисторы с отрицательным температурным коэффици-
267
ентом сопротивления. Среди способов температурной компенсации применяемых в настоящее время можно выделить следующие, наиболее применяемые:
- термозависимые изменения реактивных сопротивлений цепей, построенных с использованием конденсаторов и терморезисторов (ХR-цепи), подключаемых к кварцевому резонатору [2, 3];
-термозависимые потенциометры (ТЗП) с управляемой емкостью на варикапе, включенной последовательно с резонатором [2, 3];
- комбинация указанных выше способов;
- применение сложных функциональных аналоговых вычислительных устройств, осуществляющих преобразование сигнала датчика температуры в компенсирующее воздействие на кварцевый генератор [3];
- цифровые способы формирования компенсирующей функции [4, 5, 6].
При существующем на сегодняшний день уровне технологии производства резонаторов (независимо от вида волн) наблюдается довольно большой разброс их параметров и отклонений характеристик. Разброс параметров элементов (конденсаторов, терморезисторов, транзисторов), применяемых в аналоговых устройствах температурной компенсации и автогенераторах, в еще большей степени затрудняют выполнение задачи повышения стабильности частоты. Фактически для достижения высокой стабильности частоты для каждого резонатора требуется собственное индивидуально настроенное устройство термокомпенсации. Настройка осуществляется подбором входящих в устройство компенсации элементов или изменением их параметров, например с помощью лазерной подгонки сопротивлений. Кроме того, при настройке компенсирующего устройства необходимо учитывать нелинейность характеристики управления генератора. Улучшение точности температурной компенсации генераторов с одновременным радикальным повышением технологичности их настройки (а значит и снижения стоимости производства) может быть достигнуто при использовании цифровых способов формирования компенсирующей функции, в частности с использованием микроконтроллеров.
Термокомпенсирующее устройство на базе микроконтроллера позволяет реализовать синтез компенсирующей функции несколькими способами, в частности:
- табличным способом, когда в область памяти микроконтроллера заносятся экспериментально полученные коды цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) (задают управляющее напряжение) по адресам, определяемым по кодам аналого-цифрового преобразователя (АЦП), значение которых зависит от температуры;
- полиномиальным способом, когда компенсирующая функция аппроксимирована полиномом, а в памяти хранятся только коэффициенты полинома; при изменении температуры и соответственно кода АЦП в микроконтроллере вычисляется необходимый код ЦАП;
- табличным способом с аппроксимацией, когда массив значений кодов ЦАП и АЦП формируется по экспериментальным данным, полученным через температурный интервал ДТ, а недостающие значения получают при помощи аппроксимации.
Ниже представлены результаты испытаний образца ПАВ-генератора с рабочей частотой 203,3 МГц с цифровой термокомпенсацией. Синтез компенсирующей функции, осуществлялся по последнему указанному способу с линейной аппроксимацией. Выбранный температурный интервал составил 5 °С. Автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки,
268
частотно задающая часть схемы выполнена на основе ПАВ-фильтра с низкими потерями в полосе пропускания, выполненного на подложке из ниобата лития ЫКЬОЗ [7].
°1
ц > 5
\ , г 1 И к , і
10 Л \ / > г'4 * 1
\ г *4 И /
/ \ к / Г ■ Л
£. 3 ■ 9 1 ч А м < И
-о и тс г
о -) -5 5 -5 0 -А 1-5 -4 0 -3 5 -3 0 -2 5 -2 0 -1 5 Л 0 - 5 3 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5
Рис. 1. Температурная стабильность частоты
Полученная температурная стабильность частоты не хуже 35 • 10-6 в диапазоне -55 °С ... + 55 °С при зависимости частоты не компенгсированного ПАВ-генератора более 72^10"6 на один градус. Проведенная температурная компенсация увеличила стабильность частоты ПАВ-генератора при изменении температуры более, чем в 200 раз.
Библиографический список
1. Дворников, А. А. Стабильные генераторы с фильтрами на поверхностных акустических волнах [Текст] / А. А Дворников, В. И. Огурцов, Г. М Уткин. - М. : Радио и связь, 1983.
- 136 с.
2. Альтшуллер, Г. Б. Управление частотой кварцевых генераторов [Текст] / Г. Б. Альт-шуллер. - М. : Связь, 1975. - 304 с.
3. Альтшуллер, Г. Б. Кварцевые генераторы [Текст] : справочное пособие / Г. Б. Альтшуллер, Н. Н. Елфимов, В. Г Шакулин. - М. : Радио и связь, 1984. - 232 с.
4. Косых, А. В. Методы построения синтезаторов компенсирующей функции для термокомпенсированных кварцевых генераторов [Текст] / А. В. Косых // Пьзо- и акустоэлек-тронные устройства. - Омск, 1982. - С. 85-90.
5. Багаев, В. П. Анализ методов термокомпенсации кварцевых генераторов [Текст] / В.
П. Багаев, А. В Косых // Пьзотехника и акустоэлектроника. - Омск, 1983. - С. 3-10.
6. Прецизионный кварцевый генератор с цифровой термокомпенсацией [Текст] / В. П. Багаев [и др.] // Радиотехнические пьзоэлектронные устройства. - Омск, 1990. - С. 28-35.
7. Пат. 98301 И1 Российская Федерация, МПК Н 03 Н 9/00 (2006.01). Генератор ПАВ [Текст] / Завьялов С. А., Ляшук А. Н. ; заявитель и патентообладатель Омский государственный технический университет. - № 2010114993/09 ; заявл. 14.04.2010 ; опубл. 10.10.2010, Бюл. № 28. - 2 с. : ил.
