Улучшение спектра выходного сигнала кварцевых генераторов с цифровой термокомпенсацией путем оптимизации параетров системы кварцевый резонатор - синтезатор компенсирующей функции

• Автор: Лепетаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 223 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Е АНАЛИЗ МЕТОДОВ ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
1.1. Краткая характеристика рассматриваемой проблемы
1.2. Принципы построения ЦТККГ
1.2.1. ЦТККГ с термисторными термодатчиками
1.2.2. ЦТККГ с термодатчиком на основе термочувствительной моды кварцевого резонатора
1.2.3. ЦТККГ, построенные по синтезаторной схеме
1.3. Анализ погрешностей термокомпенсации
1.3.1. Статические погрешности термокомпенсации
1.3.1.1. Погрешность измерения температуры
1.3.1.2. Погрешность формирования компенсирующего воздействия
1.3.2. Динамические погрешности термокомпенсации
1.3.2.1. Погрешность, связанная с задержкой формирования компенсирующего воздействия
1.3.2.2. Погрешность, связанная с температурнодинамическими свойствами кварцевого резонатора
1.4. Шумы ЦТККГ, вызванные работой цифровой системы термокомпенсации
1.5. Взаимосвязи параметров ЦТККГ
1.6. Выводы
1.7. Постановка задачи исследований

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗОНАТОРОВ
2.1. Основные положения теории расчета кварцевых резонаторов
2.1.1 .Упругие свойства кварца
2.1.2.Пьезоэлектрические свойства кварца
2.1.3. Диэлектрические свойства кварца
2.1.4.Коэффициенты линейного расширения
2.1.5.Нелинейные свойства кварца
2.2. Кварцевый резонатор
2.2.1.Расчет частотных коэффициентов мод колебаний
2.2.2. Определение сопротивлений мод
2.2.3. Расчет ТЧХ мод
2.2.3.1. Оптимизация резонаторов для целей термокомпенсации
2.2.4. Влияние зондовых характеристик на параметры мод
2.2.5.Расчет силовой чувствительности кварцевых резонаторов
2.2.6. Возбуждение кварцевого резонатора параллельным полем
2.2.7.Кварцевый резонатор с независимым (ортогональным) возбуждением мод
2.2.7.1. Ортогональное возбуждение мод с помощью согласованной электродной щели
2.2.12. Метод ортогонального возбуждения с компенсацией краевого поля
2.2.12. Практические расчеты для некоторых известных срезов
2.3. Основные результаты, полученные автором
2.4. Выводы

АНАЛИЗ КОМПОНЕНТОВ СПЕКТРА ЦТККГ, ВЫЗВАННЫХ
РАБОТОЙ СКФ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ ОТНОШЕНИЯ
ЧАСТОТ
3.1. Математическая модель работы СКФ на основе измерителя отношения частот
3.2. Вывод практической расчетной формулы для спектра выходного сигнала ЦТККГ с СКФ на основе измерителя отношения частот
3.3. Вывод алгоритмической формулы для спектра выходного
сигнала ЦТККГ
3.4. Результаты расчетов и экспериментов по определению спектра выходного сигнала ЦТККГ
3.5. Расчет предельных значений выходного спектра ЦТККГ
3.6. Снижение модуляционного шума путем уменьшения цикловой частоты
3.7. Снижение модуляционного шума методом переключения температурных зон
3.8. Влияние структуры измерителя отношения частот СКФ на уровень спектральных составляющих выходного сигнала ЦТККГ вблизи несущей
3.9. Влияние среза резонатора на предельные значения СПММШ выходного сигнала ЦТККГ вблизи несущей
3.10. Снижение модуляционного шума путем введения согласованных делителей частоты
3.11. Понижение СПММШ путем фильтрации цифрового кода
3.12. Основные результаты, полученные автором
3.13. Выводы
Наличие множителя 1/(2тг) в этой формуле определено методикой измерения, при которой на рабочую температуру накладывается дополнительное синусоидальное изменение температуры известной амплитуды и частоты [52]. Величина ТДКЧ каждого конкретного резонатора зависит от температуры, причем эта зависимость близка к линейной. Это означает, что в разных точка температурного интервала при одной и той же скорости изменения температуры величина отклонения частоты будет разной.
Это явление достаточно подробно исследовано в конце 60-х годов JI. Е. Ивлевым, В. П. Багаевым, Э. М. Фромбергом, А. Н. Дикиджи [49, 50], теоретически обобщено в конце 70-х - начале 80-х годов Р. Холландом [126, 127], А. Баллато [102, 103], Б. Гневинской [122], Дж. Теобальдом, Ж. Валентайн с соавторами [170], а в начале 90 годов - Б.П. Ионовым и A.B. Косых [53, 54, 61]. Причина возникновения температурно-динамических отклонений частоты при нестационарных тепловых воздействиях состоит в возникновении градиента температуры по поверхности пьезопластины и появлении температурных механических напряжений в объеме пьезопластины. Из-за наличия силовой чувствительности частоты это ведет к возникновению дополнительных отклонений от статической ТЧХ [43, 132]. Ниже в таблице 1.12 приведены значения ТДКЧ для некоторых типовых резонаторов [52].
Таблица 1.12.
Срез АТ Дп ИТ ТД ухЫ! 30°/35°
Kv 1-Ю-7 4-Ю“8 1,7 ТО-8 0,2 ДО-8 ос 1 О
Для устранения температурно-динамического сдвига частоты нами была предложена температурно-динамическая компенсация [23]. Структура ТККГ с такой компенсацией приведена нарис. 1.19.