現(xiàn)代的科學技術中,運用最為廣泛的應是時鐘技術,現(xiàn)在許多的科技領域中對于時間的精確要求越來越高,例如軍事,航空,通訊系統(tǒng)等等這些領域都要求高精度的同步時鐘來作為基準來確保整個操作系統(tǒng)的正常運行.GPS系統(tǒng)是目前世界上運用性最廣,實用性最強的科技產品.全球定位,測距和導航系統(tǒng)都離不開它.高精度的頻標目前主要是氫鐘,銣鐘和銫鐘等原子鐘和高精度的晶體振蕩器.其中石英晶體振蕩器以壽命長,價格較低等優(yōu)點,以此獲得了廣泛性應用,不過由于石英晶體振蕩器會由于溫度,老化等因素產品頻率漂移,所以長時間的穩(wěn)定性能較差.
由于整機對于石英晶振提出了高精度,高穩(wěn)定度及高可靠性的多種要求,所以根據設計及切型不同將石英晶體振蕩器分為了四種:普通晶體振蕩器(SPXO,)溫度補償式晶體振蕩器(TCXO),電壓控制式晶體振蕩器(VCXO),恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO).而在GPS中常用的基本都是恒溫控制式晶體振蕩器(簡稱恒溫晶振),由于GPS接收機在輸出時存在1pps的信號頻率隨機偏差,而恒溫晶振對時鐘信號的隨機偏差較小,不過也存在一定的弊端,那就是石英晶體振蕩器都存在的"通病",隨著老化及外界的溫度等影響,存在頻率漂移現(xiàn)象,具有較大的累計偏差.假若恒溫晶振長時間不斷的運行工作,屆時頻率將會無法滿足整機所需要的準確度和穩(wěn)定度要求,因此設計師們需要通過實時的自動調控壓控端的電壓來進行晶振的頻率校準.介于整機時鐘信號及恒溫晶振時鐘信號之間的互補作用,通過調控恒溫晶振的壓控端,使其輸出頻率發(fā)生改變,一次來維持短期或長期的時間精度及準確性.
恒溫晶振其實就是為了達成石英晶振在振蕩電路中經過長時間的運行而降低頻率偏差而被研發(fā)出來的,它在GPS系統(tǒng)中起到了至關重要的作用,咱們可以從恒溫晶振的電路設計中來看一下就明白了:

其實,通常所說的高穩(wěn)定度晶振便是指的恒溫晶體振蕩器了,以最常見的車載GPS雷達用的38.88MHZ晶振來看,一般的單層恒溫槽就可以滿足其要求了.孔文電路采用的是具有零點漂移補償性能的直流式溫度控制電路,為了其充分利用電源及電壓所提供的功率,對槽體加熱和采用功率管對管耗加熱,而不是采用電阻絲加熱,這是為其避免環(huán)繞電阻絲的麻煩.
接通電源之后,當恒溫槽內的溫度上升還沒有達到控制溫度時,熱敏電橋存在較大的失衡輸出電壓,此時的恒溫槽呈現(xiàn)于最大的加熱功率狀態(tài).隨著運氣時間的增長,恒溫槽內的溫度上升,電橋失衡電壓在逐漸減小,當恒溫槽內溫度增加到需要控制的溫度時,電橋保持在一定的平衡輸出電壓,此電壓經過運放直流電壓放大后控制流過功率管的電流,使其保持在一定數(shù)值,所產生的熱量等于恒溫槽的耗損熱量.當恒溫槽溫度發(fā)生變化時,則熱敏電阻的數(shù)值也變化,來改變電橋相對平衡輸出電壓.此電壓放大后用以調整電流,改變加熱功率來補償恒溫槽內部溫度的變化,從而使溫度恒定.進而通過補償后的恒溫電路的溫度穩(wěn)定度便會大大提高了.

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此文關鍵字：恒溫晶振有源晶體振蕩器高穩(wěn)定度晶振

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