omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-192-139-149ENIHOVomna-118Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSТеоретическая оценка стабильности частоты сигнала цифрового термокомпенсированного кварцевого генератора с термодатчиком на основе двух вспомогательных кварцевых генераторовTheoretical assessment of the stability of a digital thermocompensated quartz oscillator with temperature sensor based on two auxiliary quartz oscillatorsКулясовС. М.KulyasovS. M.

КУЛЯСОВ Сергей Михайлович, аспирант кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» 

г. Омск

KULYASOV Sergey Mikhailovich, Graduate Student of Radio Engineering Devices and Diagnostic Systems Department

Omsk

ychenik_11585@mail.ruЧеттерД. М.ChetterD. M.

ЧЕТТЕР Денис Михайлович, аспирант кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики»

г. Омск

CHETTER Denis Mikhailovich, Graduate Student of Radio Engineering Devices and Diagnostic Systems Department

Omsk

dmchetter@omgtu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6394-9390ЛяшукА. Н.LyashukA. N.

ЛЯШУК Алексей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики»

г. Омск

AuthorID (РИНЦ): 742615

ResearcherID: R-2812-2016

LYASHUK Aleksey Nikolayevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Radio Engineering Devices and Diagnostic Systems Department

Omsk

AuthorID (RSCI): 742615

ResearcherID: R-2812-2016

pribor78@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20243012202404139149Copyright © Кулясов С.М., Четтер Д.М., Ляшук А.Н., 20242024Кулясов С.М., Четтер Д.М., Ляшук А.Н.Kulyasov S.M., Chetter D.M., Lyashuk A.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/118

В статье дана теоретическая предельная оценка стабильности цифрового термокомпенсированного кварцевого генератора с термодатчиком на основе двух вспомогательных кварцевых генераторов. Получены результаты: 7,5 ppb (для неспокойной среды) и 0,75 ppb (для спокойной среды). Исследованы технические решения получения линейной однозначной зависимости значения разностной частоты от температуры и увеличения крутизны этой зависимости, позволяющие получать разрешение по измерению температуры до 0,001 ºС.

The article provides a theoretical limit assessment of the stability of a digital thermocompensated quartz oscillator with a temperature sensor based on two auxiliary quartz oscillators. The results are 7,5 ppb (for a restless environment) and 0,75 ppb (for a calm environment). Technical solutions are considered for obtaining a linear one-to-one dependence of the difference frequency value on temperature and increasing the steepness of this dependence. The proposed solutions allow obtaining a temperature measurement resolution of up to 0,001 ºС.

термодатчиккварцевый генератортермокомпенсациятемпературная стабильностьспокойная среданеспокойная средаtemperature sensorquartz oscillatorthermocompensationtemperature stabilitycalm environmentrestless environmentРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федерального проекта «Подготовка кадров и научного фундамента для электронной промышленности» государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации». Соглашение о предоставлении субсидии № 075-02-2024-1533.The work is carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the framework of the federal project «Training of Personnel and Scientific Foundation for Electronic Industry» of the Russian Federation State Programme «Scientific and Technological Development of the Russian Federation». Subsidy Agreement No. 075-02-2024-1533.ReferencesКосых А. В. Адаптивная динамическая температурная компенсация уходов частоты кварцевых генераторов // Омский научный вестник. 2008. № 1 (64). С. 163–169. EDN: JVZMQL.Kosykh A. V. Adaptivnaya dinamicheskaya temperaturnaya kompensatsiya ukhodov chastoty kvartsevykh generatorov [Adaptive dynamic temperature compensation of crystal oscillators frequency shifts] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2008. No. 1 (64). P. 163–169. EDN: JVZMQL. (In Russ.).Deng X., Wang Sh., Jing Sh. [et al.]. Dynamic Frequency– Temperature Characteristic Modeling for Quartz Crystal Resonator Based on Improved Echo State Network // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2022. Vol. 69 (1). P. 438–446. DOI: 10.1109/TUFFC.2021.3118929.Deng X., Wang Sh., Jing Sh. [et al.]. Dynamic Frequency– Temperature Characteristic Modeling for Quartz Crystal Resonator Based on Improved Echo State Network // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2022. Vol. 69 (1). P. 438–446. DOI: 10.1109/TUFFC.2021.3118929. (In Engl.).Abramson I. Two-mode quartz resonator for digital temperature compensated quartz oscillators // Proceedings of the 1992 IEEE Frequency Control Symposium. 1992. P. 443–447. DOI: 10.1109/FREQ.1992.269982.Abramson I. Two-mode quartz resonator for digital temperature compensated quartz oscillators // Proceedings of the 1992 IEEE Frequency Control Symposium. 1992. P. 443–447. DOI: 10.1109/FREQ.1992.269982. (In Engl.).Benjaminson A., Stalling S. A microcomputer compensated crystal oscillator using a dual-mode resonator // Proceedings of the 43rd Annual Symposium on Frequency Control. 1989. P. 20– 26. DOI: 10.1109/FREQ.1989.68854.Benjaminson A., Stalling S. A microcomputer compensated crystal oscillator using a dual-mode resonator // Proceedings of the 43rd Annual Symposium on Frequency Control. 1989. P. 20– 26. DOI: 10.1109/FREQ.1989.68854. (In Engl.).Watanabe Y., Sekimoto H., Goka S. [et al.]. A dual mode oscillator based on narrow-band crystal oscillators with resonator filters // Proceedings of International Frequency Control Symposium. 1997. P. 365–372. DOI: 10.1109/FREQ.1997.639211.Watanabe Y., Sekimoto H., Goka S. [et al.]. A dual mode oscillator based on narrow-band crystal oscillators with resonator filters // Proceedings of International Frequency Control Symposium. 1997. P. 365–372. DOI: 10.1109/FREQ.1997.639211. (In Engl.).Kusters J. A., Leach J. G., Ficher M. S. Quartz resonator cut to compensate for static and dynamic thermal transient. US patent 4079280; filed June 2nd, 1976; published March 14th, 1978.Kusters J. A., Leach J. G., Ficher M. S. Quartz resonator cut to compensate for static and dynamic thermal transient. US patent 4079280; filed June 2nd, 1976; published March 14th, 1978. (In Engl.).Гослинг В. Цифровой метод компенсации температурной нестабильности кварцевых генераторов // Электроника. 1978. № 19. C. 16–17.Gosling W. Tsifrovoy metod kompensatsii temperaturnoy nestabil’nosty kvartsevykh generatorov [Digital method for compensation of temperature instability of quartz oscillators] // Elektronika. Elektronika. 1978. No. 19. P. 16–17. (In Russ.).Kaoru K., Yoshiaki M., Tsukasa K. [et al.]. HighPerformance DSP-TCXO Using Twin-Crystal Oscillator // 2014 IEEE International Frequency Control Symposium (FCS). 2014. P. 1–4. DOI: 10.1109/FCS.2014.6859849.Kaoru K., Yoshiaki M., Tsukasa K. [et al.]. HighPerformance DSP-TCXO Using Twin-Crystal Oscillator // 2014 IEEE International Frequency Control Symposium (FCS). 2014. P. 1–4. DOI: 10.1109/FCS.2014.6859849. (In Engl.).ГОСТ 21655-87. Каналы и тракты магистральной первичной сети единой автоматизированной системы связи. Электрические параметры и методы измерений. Введ. 01– 01–1989. Москва: Изд-во стандартов, 1988. 106 с.GOST 21655-87. Kanaly i trakty magistral’noy pervichnoy seti edinoy avtomatizirovannoy sistemy sviyazi. Elektricheskie parametry i metody izmereniy [Channels and links of primary trunk network within all-union automatic communication system. Electric parameters and methods of measurement]. Мoscow, 1988. 106 p. (In Russ.).Чистяков А. Н. Цифровая термокомпенсация кварцевых генераторов // Радиотехника. 1983. № 7. C. 54–56.Chistyakov A. N. Tsifrovaya termocompensatsiya kvartsevykh generatorov [Digital thermal compensation of quartz oscillators] // Radiotekhnika. Radiotekhnika. 1983. No. 7. P. 54– 56. (In Russ.).Hayashi K., Yokozeki Y., Kunitomo H. The High ShortTerm Frequency Stability Digitally Controlled X’tal Oscillator with Small Size and Low Power Consumption // 2023 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS). 2023. P. 1–6. DOI: 10.1109/EFTF/IFCS57587.2023.10272093.Hayashi K., Yokozeki Y., Kunitomo H. The High ShortTerm Frequency Stability Digitally Controlled X’tal Oscillator with Small Size and Low Power Consumption // 2023 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS). 2023. P. 1–6. DOI: 10.1109/EFTF/IFCS57587.2023.10272093. (In Engl.).Малов В. В. Пьезорезонансные датчики. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Энергоатомиздат,1989. 272 с.Malov V. V. P’yezorezonansnyye datchiki [Piezoresonance sensors]. 2nd ed., revised and supplemented. Moscow, 1989. 272 p. (In Russ.).Андросова В. Г., Банков В. Н., Дикиджи А. Н. [и др.]. Справочник по кварцевым резонаторам / под ред. П. Г. Позднякова. Москва: Связь, 1978. 288 с.Androsova V. G., Bankov V. N., Dikidzhi A. N. [et al.]. Spravochnik po kvartsevym resonatoram [Handbook of quartz resonators]. Мoscow, 1978. 288 p. (In Russ.).Хоменко И. В., Косых А. В. Кварцевые резонаторы и генераторы. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. 157 с. ISBN 978-5-8149- 2583-1.Khomenko I. V., Kosykh A. V. Kvartsevyye rezonatory i generatory [Quartz resonators and oscillators]. Omsk, 2018. 157 p. ISBN 978-5-8149-2583-1. (In Russ.)Peng F., Huang X., Li Y. [et al.]. Realization of Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator with Single Varactor // 2018 IEEE International Frequency Control Symposium (IFCS). 2018. P. 1–3. DOI: 10.1109/FCS.2018.8597501.Peng F., Huang X., Li Y. [et al.]. Realization of Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator with Single Varactor // 2018 IEEE International Frequency Control Symposium (IFCS). 2018. P. 1–3. DOI: 10.1109/FCS.2018.8597501. (In Engl.).Дворяшин Б. В. Метрология и радиоизмерения. Москва: Издат. центр Академия, 2005. 304 с.Dvoryashin B. V. Metrologiya i radioizmereniya [Metrology and radio measurements]. Moscow, 2005. 304 p. (In Russ.).Косых А. В. Кварцевые генераторы с цифровой термокомпенсацией: проблемы и перспективы реализации // Омский научный вестник. 2006. № 1 (34). С. 121–125. EDN: HTSJNN.Kosykh A. V. Kvartsevyye generatory s tsifrovoy termokompensatsiyey: problemy i perspektivy realizatsii [Quartz generators with digital termo-compensation: problems and implementation trends] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2006. No. 1 (34). P. 121–125. EDN: HTSJNN. (In Russ.).Артемьев Б. Г., Голубев С. М. Справочное пособие для работников метрологических служб. В 2 кн. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Изд-во стандартов, 1990. Кн. 1. С. 1–428.Artem’yev B. G., Golubev S. M. Spravochnoye posobiye dlya rabotnikov metrologicheskikh sluzhb. V 2 kn. [Metrology Handbook. In 2 bks.]. 3rd ed., revised and supplemented. Moscow, 1990. Bk. 1. P. 1–428. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.