温补晶振补偿电压自动测试系统

温度补偿石英晶体振荡器(TCXO)由于具有较高的频率稳定度，作为一种高精度频率源被广泛地应用于通讯系统、雷达导航系统、精密测控系统等。温补晶振由石英晶体振荡电路和温度补偿网络两部分组成。其中，温度补偿网络的优化设计对于改善温补晶体振荡器的温频特性，提高振荡器的频率精度具有重要意义。
1 温补晶振温度补偿原理

温补晶振由石英晶体振荡电路和温度补偿网络两部分组成。典型的温补晶振原理示意图如图1所示。

振荡器的频率温度特性主要由晶体谐振器的频率温度特性决定。常用的AT切晶体谐振器的频率温度特性为三次曲线，温补晶振温度补偿的原理就是通过改变振荡回路中的负载电容，使其随温度变化来补偿谐振器由于环境温度变化所产生的频率漂移。

图1中变容二极管D两端所加电压(即补偿电压)由温补网络输出，温补网络随温度自动调节输出电压，变容二极管容量随之改变，以抵消谐振器频率随温度的变化，可使输出频率基本不变。

从以上原理分析可得温补晶振补偿过程如下：

(1)测试出补偿电压一温度曲线(V-T曲线)；

(2)根据V-T曲线数据，计算热敏网络中各电阻的阻值；

(3)装配温补网络，测试成品振荡器f-T曲线，评价论证补偿效果。

可以看出，获得准确的V-T曲线参数是温补晶振设计生产中的关键环节，直接关系到振荡器频率精度的高低，关系着成品温补晶振品质的优劣。

2 系统硬件组成及测试过程

温补网络补偿电压的测量多为人工手动完成。用小功率直流电压源代替温补网络，改变温度到目标点并保温，然后调节电压源输出，使振荡器输出达到中心频率，此时电压源输出即为该温度点的补偿电压；在各测试温度点重复以上操作，得到一组数据，即V-T曲线数据。这种手动测量方法效率低下，人力成本较高，而且手工记录测试数据，容易产生误差，难以实现精确快速的优质生产。

本文设计提出一种温补网络补偿电压的自动测试方法，对该过程实现了自动控制与测量。

2.1 系统硬件组成

温补网络补偿电压自动测试系统以计算机为控制核心，结合应用软件，实现了补偿电压测试过程的自动化测试。系统可以完成设备自动控制，仪器的自动测试，数据存储以及数据分析等功能，大大提高了测试速度，节省了工作时间，还可以提高测试准确度，比传统的人工手动测试具有明显的优越性。

本系统以计算机为控制中心，包括高低温箱、程控电源、数字频率计和数字万用表等设备。系统结构示意图如图2所示。

(1)高低温箱S&A4220MR

支持GPIB接口程控，满足-50～+80℃测试要求，箱内的测量圈设有50个工位，每个工位通过5根导线连接一个待测补偿电压的半成品活件，分别接活件的GND，VCC，VDD，OUT和E+，高低温箱与外部仪表连接如图3所示。

(2)程控电源Agilent3631A

支持GPIB接口程控，满足独立双路供电，其中0～6 V为E+供电，其分辨率可达2 mV以内；0～25 V为TCXO系统提供工作电压。

(3)数字频率计EE3386A1

支持串口程控，用于获取TCXO输出频率。

(4)FLUKE45万用表

支持串口程控，用于获取TCXO内部三端稳压器的输出电压VDD，为补偿网络分析计算辅助数据。