CN203896310U - 一种单槽恒温晶振的控温结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单槽恒温晶振的控温结构，包括设置有晶体振荡电路的第一PCB板，将第一PCB板和晶体振荡电路均容纳于其内的恒温槽，用于安装恒温槽的第二PCB板，以及包含有两个温度传感器RT1、RT2和功率管的控温电路，其中，温度传感器RT1位于恒温槽内并与之热连接，功率管设置于恒温槽外壁，温度传感器RT2和控温电路中的其他剩余部件安装于第二PCB板上，且温度传感器RT2位于恒温槽外部。本实用新型通过温度传感器RT1感应恒温槽内部温度，RT2感应恒温槽外部的环境温度变化，利用两个温度传感器之间的温度梯度来达到精密控制晶体振荡电路的恒温温度，使恒温槽的温度控制精度能够达到千分之几度，有效提高了恒温晶振的温度稳定度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种单槽恒温晶振，特别是涉及对晶振温度稳定度和短期频率稳定度有特别要求的低频（如10MHz）高稳定度恒温晶体振荡器的控温结构。
背景技术
随着电子技术的进一步发展，通信***对***参考信号或时间基准的要求越来越高，在时统领域，对高稳晶振的频率稳定度的要求也越来约苛刻。要达到规定的高稳定度（如温度稳定度优于±1×10-9（-20~+70℃）；短稳优于1e-12），需要采取各种不同的甚至特殊的技术处理方式。
现有技术中，对温度稳定度要求极高的恒温晶振一般采用双槽恒温技术解决，双槽控温结构降低了温度传感器和晶体谐振器之间的温度梯度，因而可以达到很高的控温精度，这种恒温方式可以达到10-10量级的温度稳定度，但其固有特性决定了该类产品结构设计复杂，装配调试都较为困难，批生产性不够。常规的单槽恒温晶振一般是采用功率管对晶体谐振器和其主振电路进行恒温处理，功率管直接对晶体谐振器直接加热，这样也可以获得小系数10-9量级的频率温度稳定度（如目前民用通信市场大量采用的二级钟），该类产品具有功耗低，稳定时间快的优点，但由于采用直接对谐振器加热恒温的方式，热容量较小，导致晶振输出信号频率对环境温度的波动比较敏感，产品的短期频率稳定度（阿伦方差）指标难以进一步提高。
实用新型内容
针对上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种设计合理、结构简单、调试简单、以简便的单槽恒温技术实现较高温度稳定度和短期频率稳定度的单槽恒温晶振的控温结构。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种单槽恒温晶振的控温结构，包括设置有晶体振荡电路的第一PCB板，将第一PCB板和晶体振荡电路均容纳于其内的恒温槽，用于安装恒温槽的第二PCB板，以及包含有两个温度传感器RT1、RT2和功率管的控温电路，其中，温度传感器RT1位于恒温槽内并与之热连接，功率管设置于恒温槽外壁，温度传感器RT2和控温电路中的其他剩余部件安装于第二PCB板上，且温度传感器RT2位于恒温槽外部。所述晶体振荡电路主要由晶体谐振器及其振荡电路构成。
进一步地，所述温度传感器RT2与恒温槽之间存在0.5~2mm的间隙。
更进一步地，所述间隙为开设于第二PCB板上的间隙槽。
作为一种优选，所述间隙的距离为1mm。
作为一种优选，所述功率管为2个，分别位于恒温槽外壁的两对侧。
进一步具体地，所述恒温槽包括与第二PCB板连接的槽体，以及配合槽体和第二PCB板将槽内空间封闭的盖板。
进一步具体地，所述控温电路包括反相输入端与温度传感器RT1连接的运算放大器U1，连接于运算放大器U1反相输入端与电源VREF之间的电阻R5，依次串联后与电阻R5并联的电阻R7和电阻R9，连接于运算放大器U1同相输入端与电源VREF之间的电阻R3，一端与运算放大器U1同相输入端连接且另一端接地的电阻R4，以及两端分别与运算放大器U1反相输入端和输出端连接的电阻R13，其中，功率管与运算放大器U1输出端连接，电源VREF通过电阻R10为运算放大器U1供电，所述温度传感器RT2一端接地且另一端连接于电阻R7和电阻R9之间。
更进一步地，所述功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R2，基极与电阻R2另一端连接且集电极接地的三极管Q1，以及连接于三极管Q1发射极与电源VCC之间的电阻R1；
或者，所述功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R12，基极与电阻R12另一端连接且集电极接地的三极管Q2，以及连接于三极管Q2发射极与电源VCC之间的电阻R11。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）本实用新型通过两个温度传感器感应恒温槽的温度，其中RT1感应恒温槽内部温度，其控温点设置晶体谐振器的拐点附近，RT2感应恒温槽外部的环境温度变化，其控温点设在温度变化范围的中心值，利用两个温度传感器之间的温度梯度来达到精密控制晶体振荡电路的恒温温度，使恒温槽的温度控制精度能够达到千分之几度，有效提高了恒温晶振的温度稳定度，具有实质性特点和进步，并且本实用新型结构简单，设计合理，调试简单，使用灵活，具有广泛的市场应用前景，适合推广应用。
（2）本实用新型采用功率管在恒温槽上加热，以实现对晶体振荡电路整体加热，一方面增加了热容量，另一方面使得环境温度波动对谐振器的频率影响尽可能减小，在此基础上若再采用专门的低噪声振荡电路，还可以进一步提高晶振信号的短期频率稳定度，以改善信号的时域指标。
附图说明
图1为本实用新型的正面俯视结构示意图。
图2为图1的仰视图。
图3为本实用新型的透视结构示意图。
图4为本实用新型中控温电路的电路原理图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-第一PCB板，2-第二PCB板，3-晶体谐振器，4-温度传感器RT1，5-温度传感器RT2，6-恒温槽，7-功率管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图4所示，该单槽恒温晶振的控温结构，包括第二PCB板2，安装在第二PCB板上的恒温槽6，以及安装在恒温槽内的第一PCB板1。其中，晶体振荡电路设置在第一PCB板上，晶体振荡电路主要由晶体谐振器3及其振荡电路构成；第二PCB板上设有控温电路，该控温电路包括用于感应恒温槽内温度的温度传感器RT1 4，用于感应恒温槽外部温度的温度传感器RT2 5，用于保持恒温槽内温度的功率管7，反相输入端与温度传感器RT1连接的运算放大器U1，连接于运算放大器U1反相输入端与电源VREF之间的电阻R5，依次串联后与电阻R5并联的电阻R7和电阻R9，连接于运算放大器U1同相输入端与电源VREF之间的电阻R3，一端与运算放大器U1同相输入端连接且另一端接地的电阻R4，以及两端分别与运算放大器U1反相输入端和输出端连接的电阻R13，其中，功率管与运算放大器U1输出端连接，电源VREF通过电阻R10为运算放大器U1供电，所述温度传感器RT2一端接地且另一端连接于电阻R7和电阻R9之间。具体地，温度传感器RT1安装在第一PCB板上且位于恒温槽内并与之热连接；温度传感器RT2安装在第二PCB板上且位于恒温槽外并与之存在一1mm的间隙，该间隙为开设在第二PCB板上的间隙槽；功率管有两个，分别直接焊接于恒温槽外壁的两对侧；除此外控温电路中的其他器件均设置在第二PCB板上。
其中一个功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R2，基极与电阻R2另一端连接且集电极接地的三极管Q1，以及连接于三极管Q1发射极与电源VCC之间的电阻R1；另一个功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R12，基极与电阻R12另一端连接且集电极接地的三极管Q2，以及连接于三极管Q2发射极与电源VCC之间的电阻R11。
进一步具体地，所述恒温槽包括与第二PCB板连接的槽体，以及配合槽体和第二PCB板将槽内空间封闭形成热密封的盖板。
温度传感器RT1检测恒温槽内温度点，保证其工作在晶体谐振器零温度系数点附近，温度传感器RT2检测恒温槽外的环境温度，通过电阻R7控制其平衡点在产品规定温度范围的中心点附近，其温度梯度值由电阻R9控制，调节电阻R9的值可以准确地将恒温槽内部的温度控制在晶体谐振器拐点附近的某一点上，控温精度可以改善到千分之几的量级，从而有效提高产品的温度稳定度指标。
另外，本实用新型中功率管没有直接对晶体谐振器加热，而对恒温槽整体进行加热，从而对晶体振荡电路整体加热，由于恒温槽的热容量足够大，能够使恒温槽内部温度波动控制在较小的一个范围，对提高晶振的时域稳定度特性也有很大的改善。
最后还需要指出的是，本实用新型在恒温晶振中仅设置一个恒温槽，与现有技术中的双槽恒温技术有本质区别，而相对与现有的单槽恒温技术来讲，充分利用两个温度传感器之间的热梯度，达到精确控制恒温温度的目的，电路设置简单，操作也比双槽控温方便，效果也比现有单槽控温明显。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一致的，也应当在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，包括设置有晶体振荡电路的第一PCB板，将第一PCB板和晶体振荡电路均容纳于其内的恒温槽，用于安装恒温槽的第二PCB板，以及包含有两个温度传感器RT1、RT2和功率管的控温电路，其中，温度传感器RT1位于恒温槽内并与之热连接，功率管设置于恒温槽外壁，温度传感器RT2和控温电路中的其他剩余部件安装于第二PCB板上，且温度传感器RT2位于恒温槽外部。
2.根据权利要求1所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述温度传感器RT2与恒温槽之间存在0.5~2mm的间隙。
3.根据权利要求2所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述间隙为开设于第二PCB板上的间隙槽。
4.根据权利要求3所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述间隙的距离为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述功率管为2个，分别位于恒温槽外壁的两对侧。
6.根据权利要求1~4任一项所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述恒温槽包括与第二PCB板连接的槽体，以及配合槽体和第二PCB板将槽内空间封闭的盖板。
7.根据权利要求1~4任一项所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述控温电路包括反相输入端与温度传感器RT1连接的运算放大器U1，连接于运算放大器U1反相输入端与电源VREF之间的电阻R5，依次串联后与电阻R5并联的电阻R7和电阻R9，连接于运算放大器U1同相输入端与电源VREF之间的电阻R3，一端与运算放大器U1同相输入端连接且另一端接地的电阻R4，以及两端分别与运算放大器U1反相输入端和输出端连接的电阻R13，其中，功率管与运算放大器U1输出端连接，电源VREF通过电阻R10为运算放大器U1供电，所述温度传感器RT2一端接地且另一端连接于电阻R7和电阻R9之间。
8.根据权利要求7所述的一种单槽恒温晶振的控温结构，其特征在于，所述功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R2，基极与电阻R2另一端连接且集电极接地的三极管Q1，以及连接于三极管Q1发射极与电源VCC之间的电阻R1；
或者，所述功率管包括一端与运算放大器U1输出端连接的电阻R12，基极与电阻R12另一端连接且集电极接地的三极管Q2，以及连接于三极管Q2发射极与电源VCC之间的电阻R11。
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