溫度補償石英晶體振蕩器(TCXO)由于具有較高的頻率穩定度，作為一種高精度頻率源被廣泛地應用于通訊系統、雷達導航系統、精密測控系統等。溫補晶振由石英晶體振蕩電路和溫度補償網絡兩部分組成。其中，溫度補償網絡的優化設計對于改善溫補晶體振蕩器的溫頻特性，提高振蕩器的頻率精度具有重要意義。
1 溫補晶振溫度補償原理

溫補晶振由石英晶體振蕩電路和溫度補償網絡兩部分組成。典型的溫補晶振原理示意圖如圖1所示。

振蕩器的頻率溫度特性主要由晶體諧振器的頻率溫度特性決定。常用的AT切晶體諧振器的頻率溫度特性為三次曲線，溫補晶振溫度補償的原理就是通過改變振蕩回路中的負載電容，使其隨溫度變化來補償諧振器由于環境溫度變化所產生的頻率漂移。

圖1中變容二極管D兩端所加電壓(即補償電壓)由溫補網絡輸出，溫補網絡隨溫度自動調節輸出電壓，變容二極管容量隨之改變，以抵消諧振器頻率隨溫度的變化，可使輸出頻率基本不變。

從以上原理分析可得溫補晶振補償過程如下：

(1)測試出補償電壓一溫度曲線(V-T曲線)；

(2)根據V-T曲線數據，計算熱敏網絡中各電阻的阻值；

(3)裝配溫補網絡，測試成品振蕩器f-T曲線，評價論證補償效果。

可以看出，獲得準確的V-T曲線參數是溫補晶振設計生產中的關鍵環節，直接關系到振蕩器頻率精度的高低，關系著成品溫補晶振品質的優劣。

2 系統硬件組成及測試過程

溫補網絡補償電壓的測量多為人工手動完成。用小功率直流電壓源代替溫補網絡，改變溫度到目標點并保溫，然后調節電壓源輸出，使振蕩器輸出達到中心頻率，此時電壓源輸出即為該溫度點的補償電壓；在各測試溫度點重復以上操作，得到一組數據，即V-T曲線數據。這種手動測量方法效率低下，人力成本較高，而且手工記錄測試數據，容易產生誤差，難以實現精確快速的優質生產。

本文設計提出一種溫補網絡補償電壓的自動測試方法，對該過程實現了自動控制與測量。

2.1 系統硬件組成

溫補網絡補償電壓自動測試系統以計算機為控制核心，結合應用軟件，實現了補償電壓測試過程的自動化測試。系統可以完成設備自動控制，儀器的自動測試，數據存儲以及數據分析等功能，大大提高了測試速度，節省了工作時間，還可以提高測試準確度，比傳統的人工手動測試具有明顯的優越性。

本系統以計算機為控制中心，包括高低溫箱、程控電源、數字頻率計和數字萬用表等設備。系統結構示意圖如圖2所示。

(1)高低溫箱S&A4220MR

支持GPIB接口程控，滿足-50～+80℃測試要求，箱內的測量圈設有50個工位，每個工位通過5根導線連接一個待測補償電壓的半成品活件，分別接活件的GND，VCC，VDD，OUT和E+，高低溫箱與外部儀表連接如圖3所示。

(2)程控電源Agilent3631A

支持GPIB接口程控，滿足獨立雙路供電，其中0～6 V為E+供電，其分辨率可達2 mV以內；0～25 V為TCXO系統提供工作電壓。

(3)數字頻率計EE3386A1

支持串口程控，用于獲取TCXO輸出頻率。

(4)FLUKE45萬用表

支持串口程控，用于獲取TCXO內部三端穩壓器的輸出電壓VDD，為補償網絡分析計算輔助數據。

2.2 補償電壓自動測試過程

根據系統硬件組成與測試目的要求，補償電壓自動測試過程如下：

將未裝配補償網絡的待測半成品活件裝入高低溫箱，連接好各儀器設備，打開電源，運行程序，進行參數設置(如工作電壓為8 V，中心頻率為19.2 MHz，測試溫度范圍為-40～+70℃，10℃步進)；點擊開始按鈕，程序控制高低溫箱自動回0號參考工位，開始降溫至-40℃，保溫30 min后，工位進1，根據1號位活件設置調節程控電源工作電壓輸出，獲取振蕩器頻率，變化E+，使振蕩器頻率越來越接近中心頻率，直到滿足要求，記錄此時程控電源的E+即為所測補償電壓結果，同時記錄振蕩器內為溫補網絡供電的穩壓器輸出電壓VDD；然后高低溫箱輪位進1，移向2號位測量，直到所有工位測試完畢；開始升溫10℃至-30℃，保溫20 min，測試記錄數據，完成所有工位測試；繼續升溫，保溫、測量，直至全部溫度點測試完畢，一個測試過程完成。

3 軟件組成

應用軟件采用VB 6.0編寫，后臺數據庫采用Microsoft Access數據庫。運行軟件，可以對程控儀器設備進行操作和控制，實現測試過程的自動控制、數據自動測試以及自動記錄，為溫補晶振補償網絡參數計算過程提供準確可靠的輸入數據。

應用軟件主要分為3個模塊：活件參數管理模塊，自動測試模塊以及數據處理與存儲模塊。

3.1 活件參數管理模塊

活件參數管理模塊是系統控制軟件的最上層，它直接面向用戶，提供系統數據信息：用戶在測試前需要設置相關參數，如設備信息錄入，產品編號設置，高低溫箱輪位、溫度及步進參數等；自動測試過程中顯示系統當前工作狀態，如當前輪位、當前溫度、E+、VDD等實時數據，也可顯示其他歷史數據；同時提供對用戶的誤操作進行處理、提示及相應的幫助系統。

3.2 自動測試模塊

自動測試模塊是系統功能的具體實施部分，能夠對程控儀器的工作狀態進行控制檢測。

自動測試模塊通過調用動態鏈接庫函數VISA32.DLL來控制系統所用的GPIB設備或儀器，用VB自帶MSCOMM32.OCX控件對系統中的串口程控儀器進行控制。該測試模塊是系統軟件中較關鍵也較復雜的部分，需要充分了解儀器功能及程控指令系統，并根據控制過程安排程序指令順序。

下面就系統中程控設備的設置控制語句做關鍵性說明。

3.3 數據處理與存儲模塊

數據存儲模塊是測試系統的重要組成部分，它由活件信息表，儀器設備信息表及測試數據表等組成，主要完成系統各儀器的基本信息、測試過程及測試數據的管理工作。在系統工作界面中通過相關控件可瀏覽、調用、修改及編輯相關數據。

3.4 系統軟件流程圖

根據系統硬件組成與測試過程要求，軟件流程圖如圖4所示。

4 結語

本系統以計算機為控制中心，結合應用軟件，實現了溫補晶振補償網絡補償電壓的自動測試，系統中儀器設備的功能量程設置、數據的獲取記錄等均由計算機來完成，使數據更加準確、可靠，并且大大縮短了測試時間，提高了工作效率和產品質量。本系統投入使用后，經過實踐和進一步改善，系統中各設備儀器工作正常有序，穩定可靠，滿足了用戶的需求。?..。