一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法及系统
技术领域
本发明属于晶体振荡器技术领域，尤其涉及一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法及系统。
背景技术
时钟模块主要由GPS信号接收机、控制芯片和高稳恒温晶体振荡器组成，其中，高稳恒温晶体振荡器是最核心部件。
由于高稳恒温晶体振荡器需要将温度控制在谐振器的零温度系数点附近，因此，相较于普通的恒温晶体振荡器，对高稳恒温晶体振荡器控温点的调节需要更加细致。目前，对高稳恒温晶体振荡器的最优控温点测试需要人工反复调整控温电阻，进行多次高低温试验，测试效率低且难以接近高稳恒温晶体振荡器的最优控温点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法及系统，以解决现有技术中高稳恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法效率低、难以接近高稳恒温晶体振荡器的最优控温点的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法，包括：
在恒温晶体振荡器的环境温度范围内选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，在恒温晶体振荡器的控温点的温度范围内选取N个不同的温度值作为控温点采样点；
根据环境温度采样点，依次控制恒温晶体振荡器处于不同的环境温度下，并在每个环境温度下，根据控温点采样点，依次设定恒温晶体振荡器的控温点；
采集恒温晶体振荡器在各个环境温度下的各个控温点时的输出频率，并对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，M个不同的温度值中包含环境温度范围内的最低温度值和环境温度范围内的最高温度值。
可选的，M个不同的温度值为等差排列的温度值，N个不同的温度值为等差排列的温度值。
可选的，对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点，包括：
以环境温度采样点为自变量，分别对各个控温点采样点下的输出频率进行三次幂曲线拟合，得到N个第一拟合曲线；
计算每一个第一拟合曲线在环境温度范围内的极大值与极小值的差值，得到N个频率变化幅度；
以控温点采样点为自变量，对频率变化幅度进行三次幂曲线拟合，得到第二拟合曲线；
确定第二拟合曲线在控温点的温度范围内的极小值对应的控温点，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，三次幂曲线拟合的方法为最小二乘法。
可选的，在得到恒温晶体振荡器的最优控温点之后，还包括：
根据最优控温点以及预设的热敏电阻温度-阻值特性曲线确定恒温晶体振荡器的拐点电阻；
基于拐点电阻对恒温晶体振荡器的控温点进行调节。
本发明实施例的第二方面提供了一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统，包括：
采样点选取模块，用于在恒温晶体振荡器的环境温度范围内选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，在恒温晶体振荡器的控温点的温度范围内选取N个不同的温度值作为控温点采样点；
环境温度控制模块，用于根据环境温度采样点，依次控制恒温晶体振荡器处于不同的环境温度下；
控温点设定模块，用于在每个环境温度下，根据控温点采样点，依次设定恒温晶体振荡器的控温点；
输出频率采集模块，用于采集恒温晶体振荡器在各个环境温度下的各个控温点时的输出频率；
数据处理模块，用于对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，M个不同的温度值中包含环境温度范围内的最低温度值和环境温度范围内的最高温度值。
可选的，M个不同的温度值为等差排列的温度值，N个不同的温度值为等差排列的温度值。
可选的，数据处理模块包括：
第一拟合单元，用于以环境温度采样点为自变量，分别对各个控温点采样点下的输出频率进行三次幂曲线拟合，得到N个第一拟合曲线；以及计算每一个第一拟合曲线在环境温度范围内的极大值与极小值的差值，得到N个频率变化幅度；
第二拟合单元，用于以控温点采样点为自变量，对频率变化幅度进行三次幂曲线拟合，得到第二拟合曲线；以及确定第二拟合曲线在控温点的温度范围内的极小值对应的控温点，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，三次幂曲线拟合的方法为最小二乘法。
可选的，数据处理模块还用于，根据最优控温点以及预设的热敏电阻温度-阻值特性曲线确定恒温晶体振荡器的拐点电阻；
控温点设定模块还用于，基于拐点电阻对恒温晶体振荡器的控温点进行调节。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明首先在恒温晶体振荡器的环境温度范围内选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，在恒温晶体振荡器的控温点的温度范围内选取N个不同的温度值作为控温点采样点；然后根据环境温度采样点，依次控制恒温晶体振荡器处于不同的环境温度下，在每个环境温度下，根据控温点采样点，依次设定恒温晶体振荡器的控温点，并采集恒温晶体振荡器在各个环境温度下的各个控温点时的输出频率；最后利用石英晶体谐振器的频率与温度的三次幂函数关系，对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。本发明只需进行一次高低温试验，测试效率高且能够精确获得高稳恒温晶体振荡器的最优控温点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的第一拟合曲线的示意图；
图3是本发明实施例提供的第二拟合曲线的示意图；
图4是本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例的第一方面提供了一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，在恒温晶体振荡器的环境温度范围内选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，在恒温晶体振荡器的控温点的温度范围内选取N个不同的温度值作为控温点采样点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的一种具体实施方式，M个不同的温度值中包含环境温度范围内的最低温度值和环境温度范围内的最高温度值。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的一种具体实施方式，M个不同的温度值为等差排列的温度值，N个不同的温度值为等差排列的温度值。
在本发明实施例中，可以采用对恒温晶体振荡器的环境温度范围进行线性等分离散的方式，来选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，同理，也可以对恒温晶体振荡器的控温点的温度范围进行线性等分离散，来选取N个不同的温度值作为控温点采样点，通过线性等分离散方式选取的M个不同的温度值和N个不同的温度值均为等差排列的温度值。也可以采用其它方式选取环境温度采样点和控温点采样点，本发明对此不做限定。需要指出的是，为了保证最优控温点的计算精确性，M个不同的温度值中需包含环境温度范围内的最低温度值和环境温度范围内的最高温度值。
步骤S102，根据环境温度采样点，依次控制恒温晶体振荡器处于不同的环境温度下，并在每个环境温度下，根据控温点采样点，依次设定恒温晶体振荡器的控温点。
步骤S103，采集恒温晶体振荡器在各个环境温度下的各个控温点时的输出频率，并对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的一种具体实施方式，对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点，包括：
以环境温度采样点为自变量，分别对各个控温点采样点下的输出频率进行三次幂曲线拟合，得到N个第一拟合曲线。
计算每一个第一拟合曲线在环境温度范围内的极大值与极小值的差值，得到N个频率变化幅度。
以控温点采样点为自变量，对频率变化幅度进行三次幂曲线拟合，得到第二拟合曲线。
确定第二拟合曲线在控温点的温度范围内的极小值对应的控温点，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的一种具体实施方式，三次幂曲线拟合的方法为最小二乘法。
在本发明实施例中，可以以环境温度采样点为自变量，采用最小二乘法分别对各个控温点采样点下的输出频率进行三次幂曲线拟合，得到N个第一拟合曲线，根据每一个第一拟合曲线在环境温度范围内的极大值与极小值的差值，可以计算得到N个频率变化幅度。参见图2，其示出了在环境温度范围为-20℃～+70℃下的N个第一拟合曲线，ΔfN为第一拟合曲线的频率变化幅度。
在得到各第一拟合曲线的频率变化幅度后，可以以控温点采样点为自变量，对频率变化幅度进行三次幂曲线拟合，得到第二拟合曲线，并确定第二拟合曲线在控温点的温度范围内的极小值对应的控温点，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。参见图3，Zopt为第二拟合曲线的极小值，其对应的控温点即为恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试方法的一种具体实施方式，在得到恒温晶体振荡器的最优控温点之后，还包括：
根据最优控温点以及预设的热敏电阻温度-阻值特性曲线确定恒温晶体振荡器的拐点电阻。
基于拐点电阻对恒温晶体振荡器的控温点进行调节。
在本发明实施例中，根据最优控温点以及预设的热敏电阻温度-阻值特性曲线确定恒温晶体振荡器的拐点电阻，将该拐点电阻写入恒温晶体振荡器中的数字电位器，即完成了对恒温晶体振荡器的最优控温点的调节。
本发明实施例的第二方面提供了一种恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统，如图4所示，该恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统4包括：
采样点选取模块41，用于在恒温晶体振荡器的环境温度范围内选取M个不同的温度值作为环境温度采样点，在恒温晶体振荡器的控温点的温度范围内选取N个不同的温度值作为控温点采样点。
环境温度控制模块42，用于根据环境温度采样点，依次控制恒温晶体振荡器处于不同的环境温度下。
控温点设定模块43，用于在每个环境温度下，根据控温点采样点，依次设定恒温晶体振荡器的控温点。
输出频率采集模块44，用于采集恒温晶体振荡器在各个环境温度下的各个控温点时的输出频率。
数据处理模块45，用于对环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种实施方式，M个不同的温度值中包含环境温度范围内的最低温度值和环境温度范围内的最高温度值。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种实施方式，M个不同的温度值为等差排列的温度值，N个不同的温度值为等差排列的温度值。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种实施方式，数据处理模块45包括：
第一拟合单元451，用于以环境温度采样点为自变量，分别对各个控温点采样点下的输出频率进行三次幂曲线拟合，得到N个第一拟合曲线；以及计算每一个第一拟合曲线在环境温度范围内的极大值与极小值的差值，得到N个频率变化幅度。
第二拟合单元452，用于以控温点采样点为自变量，对频率变化幅度进行三次幂曲线拟合，得到第二拟合曲线；以及确定第二拟合曲线在控温点的温度范围内的极小值对应的控温点，得到恒温晶体振荡器的最优控温点。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种实施方式，三次幂曲线拟合的方法为最小二乘法。
可选的，作为本发明实施例提供的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统的一种实施方式，数据处理模块45还用于，根据最优控温点以及预设的热敏电阻温度-阻值特性曲线确定恒温晶体振荡器的拐点电阻；
控温点设定模块43还用于，基于拐点电阻对恒温晶体振荡器的控温点进行调节。
以下结合具体实施例来说明本发明实施例的恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统及测试流程。
参见图5所示，采样点选取模块41、环境温度控制模块42、控温点设定模块43、输出频率采集模块44和数据处理模块45所执行的功能可由上位机51来实现，在此基础上，恒温晶体振荡器的最优控温点测试系统还可以包括微处理器52、高低温箱53、电子开关54和频率计55。
以测试环境温度为-20℃～70℃，控温点区间为80℃～90℃的恒温晶体振荡器为例，在本发明实施例中，可以将多个恒温晶体振荡器(图5中用OCXO表示)放置于高低温箱53中。上位机51中的采样点选取模块41选取M个等差为ΔT的环境温度采样点和N个等差为ΔZ的控温点采样点，环境温度控制模块42根据环境温度采样点，通过微处理器52控制高低温箱53从最低温-20℃开始，以ΔT为间隔，逐渐改变环境温度至70℃，并在每个环境温度采样点下，控温点设定模块43根据控温点采样点依次设定恒温晶体振荡器的控温点，具体的，恒温晶体振荡器内设置有数字电位器，控温点设定模块43通过微处理器52将控温点采样点对应的电阻写入各个恒温晶体振荡器来进行控温点设定，待恒温晶体振荡器的输出频率稳定后，输出频率采集模块44通过微处理器52控制频率计55依次采集每一只晶振的输出频率并发送至数据处理模块45。
数据处理模块45分别对各个恒温晶体振荡器的环境温度采样点、控温点采样点和输出频率进行三次幂曲线拟合，得到各个恒温晶体振荡器的最优控温点及该最优控温点对应的拐点电阻，并将各恒温晶体振荡器的的拐点电阻发送至控温点设定模块43，控温点设定模块43通过微处理器52将各拐点电阻写入对应的恒温晶体振荡器内的数字电位器中，同时完成多个恒温晶体振荡器的最优控温点调节。
由以上内容可知，本发明只需进行一次高低温试验，能够同时完成多个恒温晶体振荡器最优控温点的测试和调节，测试效率高且能够精确获得高稳恒温晶体振荡器的最优控温点。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
