本發(fā)明涉及電子、通信、雷達領域，尤其涉及一種多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器。

背景技術：

晶體振蕩器全稱石英晶體振蕩器，是一種高精密的振蕩器，廣泛應用于在軍用、民用電子、通信、雷達等領域設備中，為設備提供一個精密的時鐘基準信號，大致分為4類：通用晶體振蕩器（SPXO）、壓控晶體振蕩器（VCXO）、溫度補償晶體振蕩器（TCXO）和恒溫晶體振蕩器（OCXO）。

隨著技術的發(fā)展和需求，對恒溫晶體振蕩器的指標（低相噪、小體積、高穩(wěn)定度等）要求越來越高。目前高頻低相噪晶振主要使用低噪聲晶體管作為振蕩和緩沖輸出的關鍵器件，這種實現(xiàn)方式主要缺點是體積大（國內(nèi)最小為20mm×20mm×10mm）、調(diào)試工作量大、頻率溫度穩(wěn)定度不高（10E-7量級）、工作電壓高（+12V）。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種體積小、電路可靠、調(diào)試簡單、一致性好，適合批量生產(chǎn)的多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器。

本發(fā)明的技術方案：

一種多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器，包括：金屬屏蔽外殼、設置在金屬屏蔽外殼內(nèi)的振蕩模塊、恒溫模塊以及為整個電路提供穩(wěn)定工作電源的穩(wěn)壓電路；所示穩(wěn)壓電路分別與振蕩模塊和恒溫模塊相連；所述振蕩模塊包括產(chǎn)生穩(wěn)定低噪振蕩信號的晶體、多門振蕩電路、實現(xiàn)對多門振蕩電路的信號緩沖和放大輸出的多門緩沖輸出電路，三者依次相連；為整個電路提供恒定溫度的恒溫模塊包括溫度傳感器以及與溫度傳感器相連的溫度控制電路，所述溫度傳感器設置在晶體上。

進一步地，所述的多門振蕩電路包括B模抑制電路、振蕩晶體和至少2個并聯(lián)的非門；所述B模抑制電路與所述振蕩晶體串聯(lián)后與非門并聯(lián)。

進一步地，所述的多門緩沖輸出電路包括至少2個并聯(lián)的非門，所述非門并聯(lián)后的輸出端接濾波電路的輸入端，所述濾波電路的輸出端即所述的多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出。

進一步地，所述的溫度控制電路包括運放和MOS功率管，溫度傳感器把晶體內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換成電壓值，運放把該電壓值和參考值的差值進行放大，控制MOS功率管的柵極，進而使MOS功率管的電流相應改變。

進一步地，所述晶體下面設置有用于加熱晶體的導熱板，所述導熱板與MOS功率管相連。

進一步地，所述的多門振蕩電路包括4個非門。

進一步地，所述的多門緩沖輸出電路包括4個非門。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明具有小體積、低功耗、高溫度穩(wěn)定度、低相噪、高頻率、低工作電壓、調(diào)試工作量小、一致性好、適合批量生產(chǎn)的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器的示意圖。

圖2為多門振蕩電路示意圖。

圖3為多門緩沖輸出電路示意圖。

圖4為溫度控制電路示意圖。

圖5為熱結構示意圖。

附圖中，1-非門，2-B模抑制電路，3-振蕩晶體，4-濾波電路，5-電源，6-運放，7-晶體，8-導熱板，9-MOS功率管。

具體實施方式

如圖1所示，一種多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器，包括：金屬屏蔽外殼、設置在金屬屏蔽外殼內(nèi)的振蕩模塊、恒溫模塊以及為整個電路提供穩(wěn)定工作電源的穩(wěn)壓電路；所示穩(wěn)壓電路分別與振蕩模塊和恒溫模塊相連；所述振蕩模塊包括產(chǎn)生穩(wěn)定低噪振蕩信號的晶體、多門振蕩電路、實現(xiàn)對多門振蕩電路的信號緩沖和放大輸出的多門緩沖輸出電路，三者依次相連；為整個電路提供恒定溫度的恒溫模塊包括溫度傳感器以及與溫度傳感器相連的溫度控制電路，所述溫度傳感器設置在晶體上。

本發(fā)明為達到高頻低相噪目的，穩(wěn)壓電路中的穩(wěn)壓器采用小體積寬溫區(qū)低壓差、低噪聲的LDO，RMS噪聲小于10uV，噪聲越小越好，為振蕩電路提供更低噪聲的工作電壓。

降低晶振的輸出信號的相位噪聲大致有以下幾種辦法：提高工作電壓、選用低噪聲器件、提高振蕩電路的輸出電平、選用更高Q值的晶體，本發(fā)明的思路是：在同樣晶體的前提下，降低工作電壓、提高振蕩電路的輸出電平、選取低噪聲的器件，而較低的工作電壓和提高振蕩電路的輸出電平有相互矛盾，為了解決這個矛盾，應選取工作電壓低、低噪聲且放大倍數(shù)大的晶體管，所以本發(fā)明另辟蹊徑選取非門代替晶體管，因為非門電路的放大倍數(shù)理論上無窮大，但一個非門的的驅(qū)動能力有限，采用多個非門時有帶來噪聲大的問題，所以在權衡放大倍數(shù)和噪聲的時，采用非門的個數(shù)可以根據(jù)需要和實際調(diào)試結果定，本發(fā)明一般采用4個非門作為振蕩，達到最佳相噪，見圖2。所述的多門振蕩電路包括B模抑制電路2、振蕩晶體3和至少2個并聯(lián)的非門1；所述B模抑制電路2與所述振蕩晶體3串聯(lián)后與非門1并聯(lián)。

在高精密振蕩器電路中，考慮到負載牽引對頻率精度的影響和輸出信號幅度和噪聲的考慮，一般在振蕩電路后面加一個輸出緩沖電路，增大輸出和振蕩電路的隔離度和輸出信號幅度。同樣，選取輸出緩沖用的器件時，要考慮器件的噪聲、放大倍數(shù)和驅(qū)動能力，噪聲越低整個晶振輸出信號相噪越好，放大倍數(shù)越大隔離度越好，輸出電流越大驅(qū)動能力越強隔離度，從而達到輸出與振蕩見較高的隔離、較強的帶載能力與較大的輸出幅度和較低的相噪。綜合考慮上述幾方面的因素，在工作電壓較低的情況下，選用多門作為緩沖輸出電路，綜合指標比常用的晶體管要好，本發(fā)明選用4個非門作為緩沖輸出電路，取得了很好的效果，見圖3。所述的多門緩沖輸出電路包括至少2個并聯(lián)的非門1，所述非門1并聯(lián)后的輸出端接濾波電路4的輸入端，所述濾波電路4的輸出端即所述的多門振蕩低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出。

溫度控制電路，見圖4，主要包括運放6和MOS功率管9，溫度傳感器（熱敏電阻）把晶體7內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換成電壓值，運放6把該電壓值和參考值的差值進行放大，控制MOS功率管9的柵極，進而使MOS功率管9的電流相應改變，是晶體7內(nèi)部的溫度達到設定的溫度，是內(nèi)部溫度區(qū)域相對的穩(wěn)定，達到恒定溫度的要求。由于本發(fā)明的恒溫晶振體積小，內(nèi)部空間很小，整個晶振的熱容量很小，只能采用直接對晶體7加熱，所以要求功率管選用小封裝大功率的MOS功率管9而且管子線性要很好，這樣控溫精度會更高，從而實現(xiàn)更好的溫度穩(wěn)定度。

由于空間小，直接對晶體7加熱，熱結構設計尤為重要，經(jīng)過長期摸索，本發(fā)明采用了一種新穎的熱設計，見圖5，所述晶體7下面設置有用于加熱晶體7的導熱板8，所述導熱板8與MOS功率管9相連。本發(fā)明溫度穩(wěn)定度指標：在工作溫區(qū)-40～+70℃下，頻率溫度穩(wěn)定度±3E-8，比一般低相噪恒溫晶振的溫度穩(wěn)定度（E-7）高出一個數(shù)量級。

本發(fā)明能實現(xiàn)實現(xiàn)的指標：頻率：100MHz，體積20.3mm×13.2mm×8.5mm或者20×20×8.5mm³，溫度穩(wěn)定度：3E-8，工作電壓：+3.3V或+5V，相噪：＜-100dBc/Hz@10Hz；＜-130dBc/Hz@100Hz；＜-159dBc/Hz@1kHz；＜-172dBc/Hz@10kHz；＜-176dBc/Hz@100kHz，而且本發(fā)明具有調(diào)試工作量小，一致性好，適合批量生產(chǎn)的優(yōu)點。

表1對比試驗數(shù)據(jù)

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。