随着科学技术的迅猛发展,通信、导航等众多系统中,都需要更高质量的频率源作为日趋复杂的基带信息的载波,对频率源的性能指标也提出了越来越高的要求。晶体振荡器因其成本低、短稳好等优点,广泛应用于卫星导航、国防军工、通讯、天文等高科技领域,在民用消费类产品中也有广泛应用。但晶体振荡器的老化漂移一直是其重要的缺陷,研究改善晶体振荡器老化漂移的方法具有重要的研究意义和应用价值。本文深入分析晶体振荡器的物理特性和工作原理,研究影响晶体振荡器老化漂移的各方面因素,发现晶体谐振器等效谐振参数的变化会引起输出频率的变化,而等效谐振参数随着晶体振荡器工作时间的推移,由于“应力松弛”和“质量迁移”等因素会发生改变。同时,压控端电压和输出频率之间存在函数关系。本文以此为理论依据,结合传统的晶体振荡器老化漂移的改善方法,提出设计数字化的自校准系统来改善晶体振荡器老化特性的新方法。数字化的自校准系统无需引入外界更高频率稳定度的频率源作为基准,而是以自身内部晶体谐振器的一路谐振信号为时钟,对另一路谐振信号进行A/D采样。根据同频测相原理,将采集到的幅值数据经过三角函数关系转换可得到两路同频信号的相位差变化,即相移变化。相移的变化可以反映输出频率的变化,而同时,输出频率和压控端电压之间存在固定的函数关系。本文采用频率计数器同步采集晶体振荡器输出频率和谐振器两端信号的相移数据,并用单片机控制模数转换器输出由零递增的电压给压控端,记录频率变化数据。将最小二乘法拟合所得的相移变化和输出频率变化之间的函数关系,以及输出频率和压控电压之间的函数关系,作为算法中参数之间转换的依据。数字化自校准系统通过检测谐振器两端信号的相移变化,根据相移、频率和压控电压三者之间的函数关系,反馈控制晶体振荡器的压控端,拉回输出频率到标称频率,达到改善晶体振荡器老化漂移的目的。实验结果表明,数字化的自校准系统有效改善了晶体振荡器的老化漂移。晶体振荡器的日老化率由10^-9量级降低到10^-10量级。观测十天的老化漂移,系统控制后的老化率相比控制前均有明显改善。