恒温晶体振荡器是目前频率稳定度和精确度最高的晶体振荡器。它在老化率、温度稳定性、长期稳定度和短期稳定度等方面的性能都非常好,作为精密时频信号源被广泛应用在全球定位系统、通信、计量、遥测遥控,频谱及网络分析仪等电子仪器中。随着科学技术的发展,对恒温晶体振荡器的性能提出了更高的要求。本文主要研究小型高稳定度恒温晶体振荡器的设计。围绕着如何提高恒温晶体振荡器的频率稳定度和缩小它的尺寸,本文集中探讨了以下几个方面的工作:分析了石英谐振器的特性及其对晶体振荡器性能的影响,从而为高稳定度恒温晶体振荡器中对石英谐振器的选择提供了依据。分析了振荡电路基本原理,从而设计出由专用集成芯片构成的压控晶体振荡电路,并对振荡电路PCB板设计中的抗干扰问题进行讨论。对控温电路进行了研究,论述了两种控温方法,一种采用温控芯片ADN8830进行控温,主要是硬件电路设计;由于ADN8830的高度集成化使得外部电路简化,从而提高了器件的可靠性,降低了功耗,使之具有稳定度高、体积小等优点。另一种是采用单片机Atmega8的数字控温,主要是控温软件的设计。为了改善控制性能,我们在经典PID控制算法的基础上,引入了智能积分分离法,不完全微分法。分析了恒温槽内温度场的分布并讨论了测温热敏电阻放置位置对槽温性能的影响,从而设计出高性能的恒温槽。最后,论述了恒温晶体振荡器的主要制作过程和技术指标,并对试制OCXO样品技术性能进行了测试和分析。