序列无约束极小化方法在宽温高精度模拟tcxo补偿参数设计中的应用

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1、2008全国频率控制技术年会论文集-251——序列无约束极小化方法在宽温高精度模拟TGXO·补偿参数设计中的应用‘赵生双王巨(ag京科瑞思特电子有限公司100039)摘要介绍了在模拟温补晶振中应用序列无约束极小法进行补偿网络参数设计的方法，重点介绍了温补晶振的补偿原理、序列无约束极小化方法、应用序列无约束极小化方法进行补偿参数设计的方法，并对设计的结果与误差做了简单分析。关键字序列无约束极小化方法模拟温补晶振补偿网络参数1引言【1】温度补偿晶体振荡器(TCxO)广泛应用于通信、导航、移动通信、程控电话、全球定位系统、测量仪

2、表等方面，作为电子通讯设备必备的关键部件，起着控制频率和提供频率基准的作用。通讯业的快速发展和通讯技术的升级换代，对TCXO提出了越来越高的要求，宽温度范围的高稳定度、低相位噪声成为TCXO的发展方向。高精度的模拟温补晶振能够适应这种发展趋势。因此成为电台等设备的首选部件。高精度的模拟温补晶振在制作上有其复杂性和困难性，其中最困难的是如何实现宽温度范围的高频率温度稳定度，也就是如何在宽温度内实现精确的温度补偿。温补晶振要达到精确的温度补偿，除了合理设计电路，选择合适的补偿网络电路和元件，更重要的是优化设计补偿网络参数。如何

3、确定补偿网络的参数是TCXO的核心问题，优化计算补偿网络参数的算法能够提高TCXO的产品合格率和频率温度稳定度。因此，补偿网络参数的计算方法是设计模拟TCXO的关键。传统上计算补偿网络参数的方法是阻尼最小二乘法基础上的牛顿迭代法。本文提出一种新的计算方法，即序列无约束极小化方法(SUMT法)。，序列无约束极小化方法其实是最优化方法中一系列优选法的组合，它是由查询区间确定法、一维搜索法、鲍威尔方法、处罚函数法等方法组成。相比较而言，序列无约束极小化方法具有较快的收敛速度，对初值依赖程度小，能够适应多参数极值求解问题，并且能够

4、避免参数计算值超界问题，因此很适合模拟温补晶振补偿网络参数的设计。2模拟温补晶振补偿原理及方法根据补偿方法的不同，温度补偿晶体振荡器可以分为两大类：模拟温度补偿晶体振荡器和数字温度补偿晶体振荡器。2．1模拟温补晶振补偿原理模拟温度补偿晶体振荡器由(具有压控功能的)晶体振荡器和热敏电阻补偿网络两部分组成，其框图如图1。l竺竺竺竺!!竺竺竺卜_一!!兰：兰l图1模拟温度补偿网络晶体振荡器的框图2．1．1晶体谐振器的频率温度特性曲线田模拟温度补偿晶体振荡器一般使用AT切晶体谐振器，AT切晶体谐振器是具有零温度系数切角的谐振器，其

5、稳定度较高。它的频率温度特性曲线如图2所示，是一族典型的三次曲线，从宽温度范围(枷～+850C)看，有(15一(50×10r6的频偏。在振荡电路设计合理，元器件选择恰当的情况下，这就是振荡器补偿前的频率温度特性曲线。在要求较高的场合，这种频率稳定度不能满足要求，必须采取措施提高频率温度稳定度，可选的措施之一就是进行温度补偿。2．1．2晶体振荡器频率与负载电容的关系晶体谐振器接人振荡电路构成晶体振荡器一252—2008全国频率控制技术年会论文集图2．AT切晶体谐振器频率温度特性曲线。后，其输出频率与晶体谐振器在振荡电路中的负

6、载电容有如下关系：△婚C1／(2(C0+CL))，其中△确为振荡器输出频率的相对变化量，C1为晶体谐振器的动态电容，C0为晶体谐振器的静电容，CL为晶体谐振器在振荡电路中的负载电容。可见，改变负载电容CL，就可以改变振荡器的输出频率。2．1．3补偿的基本原理图3补偿原理示意图补偿前振荡器的频率随温度变化如图3曲线1，如果想办法让负载电容随温度变化产生如曲线2的振荡器频率变化，则对于振荡器来说两种频率变化大小相等方向相反，正好相互抵消，即振荡器频率基本不随温度变化，这样就达到了补偿的目的。这就是温补晶振的基本补偿原理。关键是

7、如何得到满足补偿所需的CL—T曲线关系。变容二极管的结电容Cy随着加在其两端的直流电压y变化而变化，因此寻求CL—T关系可通过变容二极管转化为y～T关系。而我们知道，热敏电阻阻值随温度变化而变化，如果一个固定的电压经过由热敏电阻与固定电阻组成的分压网络，就会输出一个随温度按一定趋势变化的电压。．．模拟温补晶振就是由热敏电阻组成的温度补偿网络，产生合适的、随温度变化的补偿电压，将该电压加在作为晶体负载电容一部分的变容二极管两端，从而通过改变负载电容达到温度补偿的目的。模拟温度补偿晶体振荡器在宽温度范围内达到的频率温度稳定度约

8、为(1ppm，比数字温补晶振达到的稳定度要低一些。然而，这种温补晶振由于结构简单同时具有较强的相位噪声优势而得到广泛的应用。2．2补偿网络髑热敏电阻补偿网络形式有多种，比较常用的补偿网络有：简单的(型网络，单(型网络，复杂(型网络，双(型网络，桥式网络。各种网络各有优缺点，适用于不同情况。本文以下以最通