CN110011660A - 一种数字式温度补偿晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式温度补偿晶体振荡器，包括温度感应器(1)、AD转换器(5)、非易失存储器(6)以及受温度补偿控制的晶体振荡电路，其特征在于，该***还包括在所述非易失存储器(6)与晶体振荡电路之间设置的抖动信号发生器(8)。本发明让晶体振荡器达到比普通的模拟式温度补偿晶体振荡器或数字式温度补偿晶体振荡器更高的精度，使用数字处理的技术使得芯片小成本较低，对晶体的要求低从而使得大规模生产变得容易，成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及晶体振荡器设计技术，特别是涉及一种数字式温度补偿晶体振荡器的设计。
背景技术
温度补偿晶体振荡器是一种在各种电子线路中有着广泛用途的电子振荡器。它提供的脉冲时钟信号作为数字信号的触发基准。无线及宽带通讯设备、器材(如手机、无线局域网、GPS、DSL和CABLE收发器等等)对时钟信号的精度都有非常高的要求，一般为(2～3)*10-6。由简单的振荡晶体和反向器组成的电子振荡器在一定的温度范围内(例如-40℃～+85℃的温度范围内)精度只能达到±50*10-6，已不能达到这样高的精度要求。提高精度的手段是在简单电子振荡器中加上温度补偿器或温度补偿电路。
目前，晶体振荡器行业内常用的温度补偿晶体振荡器通过改变晶体振荡器压控电压来引进补偿以提高稳定性。补偿包括模拟补偿和数字补偿这两种实现方式。
(1)、模拟补偿方式，作为现有技术使用最多的补充方式，是在温度补偿晶体振荡器的前端加一温度补偿电阻网络，这种增加温度补偿电阻网络的方法，由于受热敏电阻和固定电阻值影响很大，产品在-40℃～+85℃的温度范围内频率稳定度只能达到± 1～±2.5ppm。例如在如图1所示的模拟补偿***中，温度感应器1检测晶体振荡器的工作温度，温度补偿电压发生器2根据上述检测温度产生用于补偿晶体谐振器的温度特性的温度补偿电压，即通过对电压控制的晶体振荡电路3的电压控制端施加温度补偿电压，对其进行温度补偿。当晶体谐振器3由AT切割晶体制成时，其温度特性可以由三次函数精确地近似。因此，温度补偿电路2一般由具有由线性函数表示的温度特性的温度感应器和根据由温度感应器检测的温度产生三次函数的三次函数发生电路构成。随着市场需求更加高稳定性的压控晶体，稳定度在±1～±2.5ppm的压控晶体已经不能满足需求，而且在这种模拟补偿式晶体振荡器很难集成到一颗IC中，大多使用分离式元器件组成。
(2)数字补偿方式。在上述晶体振荡器不能满足需求的情况下，具有数字补偿方式的晶体振荡器应运而生。该种晶体振荡器能比较精确地进行电压补偿，以确保电压控制晶体振荡器维持在一个较为稳定的频率范围内。然而采用数字补偿通常会使用单片机，同时采用低功耗编程技术以降低晶体振荡器的功耗。而晶体振荡器电路为模拟电路，当同一电源供电时，采用数字补偿方式的温度补偿网络会对晶体振荡器回路产生干扰，导致温度补偿晶体振荡器的相噪不良，从而影响晶体振荡器输出频率的稳定性；另一方面，具有数字补偿方式的晶体振荡器需要使用15～16位的高精度AD控制器或是DA 控制器，此种AD转换器或是DA转换器的电路设计难度高，电路复杂又很庞大，导致 IC制作成本很高。例如在如图2所示的数字补偿***中，温度感应器1检测到的温度由AD转换器5转成数字信号；然后，该数字信号值被预先在非易失存储器6的地址中存储，作为补偿晶体谐振器的温度特性的温度补偿数据；温度补偿数据由DA转换器7 进行DA转换而成为模拟形式的温度补偿电压；通过对电压控制的晶体振荡电路3施加模拟形式的温度补偿电压，实现温度补偿。其中，可以使用非易失存储器或者类似物作为非易失存储器6。
因此，亟需一种低噪音、低功耗、高稳定、低成本的温度补偿晶体振荡器。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种数字式温度补偿晶体振荡器，能够进行晶体振荡器的温度补偿，并能够产生预定频率的振荡信号。
本发明的一种数字式温度补偿晶体振荡器，包括温度感应器1、AD转换器5、非易失存储器6以及受温度补偿的晶体振荡电路，该***还包括在所述非易失存储器6与晶体振荡器之间设置的抖动信号发生器8；其中：
所述温度感应器1，用于检测周围温度；
所述AD转换器5，用于将检测到的周围温度转成数字信号；
所述非易失存储器6，用于存储转成数字信号的周围温度，作为补偿晶体谐振器的温度特性的温度补偿数据；
所述抖动信号发生器8，用于提高对晶体振荡电路输入的数字信号的精度。
所述晶体振荡器采用压控晶体振荡电路3。
所述晶体振荡器还包括DA转换器，设置于所述压控晶体振荡器和所述非易失存储器6之间，用于将所述温度补偿数据转换为模拟形式的温度补偿电压，施加给压控晶体振荡电路3。
所述晶体振荡电路采用数字温度补偿晶体振荡器9。
与现有技术相比，本发明让晶体振荡器达到比普通的模拟式温度补偿晶体振荡器或数字式温度补偿晶体振荡器更高的精度，使用数字处理的技术使得芯片小成本较低，对晶体的要求低从而使得大规模生产变得容易，成本降低。
附图说明
图1为传统的模拟式温度补偿晶体谐振器***架构图；
图2为传统的数字式温度补偿晶体谐振器***架构图；
图3为本发明的一种数字式温度补偿晶体振荡器***架构图；
图4为本发明的一种数字式温度补偿晶体振荡器***架构图；
图5为带抖动电容矩阵的数字式温度补偿晶体振荡器***架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明的数字式温度补偿晶体振荡器***架构图，包括两种不同的设计方案：
第一种结构设计方案如图3所示，包括了温度感应器1、AD转换器5、在非易失存储器6、DA转换器7、压控晶体振荡器3，并且在非易失存储器6和DA控制器5之间增加了一个抖动信号发生器8的电路模块，使DA控制器的精度降低，电容阵列减小。
第二种结构设计方案如图4所示，包括了温度感应器1、AD转换器5、在非易失存储器6、抖动信号发生器8和数字压控晶体振荡器9，在该方案中直接去除DA控制器，由数字压控晶体振荡器代替。
抖动信号发生器8使得DA转换器的精度进一步提高。一般情况下，DA转换器的精度都在12～16位数，但是这个精度还不足以达到本发明所需的温度补偿精度。对于第二种结构设计方案，虽然去掉了DA转换器，但是利用抖动信号发生器8可以直接提高数字压控晶体振荡器9的精度。
这种新型的带数字抖动功能的电路既保留了原数字补偿晶体振荡器的性能优势，又可以使用低精度的AD控制器或是DA控制器的电路达到高精度的目的，这样就可以大大降低IC成品的面积，使其成本降低。
如图5为本发明的数字温度补偿晶体振荡器的电路模型。
Claims (4)
1.一种数字式温度补偿晶体振荡器，包括温度感应器(1)、AD转换器(5)、非易失存储器(6)以及受温度补偿控制的晶体振荡电路，其特征在于，该***还包括在所述非易失存储器(6)与晶体振荡电路之间设置的抖动信号发生器(8)；其中：
所述温度感应器(1)，用于检测周围温度；
所述AD转换器(5)，用于将检测到的周围温度转成数字信号；
所述非易失存储器(6)，用于存储转成数字信号的周围温度，作为补偿晶体谐振器的温度特性的温度补偿数据；
所述抖动信号发生器(8)，用于提高对晶体振荡电路输入的数字信号的精度。
2.如权利要求1所述的一种数字式温度补偿晶体振荡器，其特征在于，所述晶体振荡器采用压控晶体振荡电路(3)。
3.如权利要求2所述的一种数字式温度补偿晶体振荡器，其特征在于，所述***还包括DA转换器，设置于所述压控晶体振荡器和所述非易失存储器(6)之间，用于将所述温度补偿数据转换为模拟形式的温度补偿电压，施加给压控晶体振荡电路(3)。
4.如权利要求1所述的一种数字式温度补偿晶体振荡器，其特征在于，所述晶体振荡电路采用数字温度补偿晶体振荡电路(9)。
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| CN201910134381.5A CN110011660A (zh) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | 一种数字式温度补偿晶体振荡器 |
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| CN1364335A (zh) * | 2000-03-17 | 2002-08-14 | 旭化成微***株式会社 | 温度补偿型晶体振荡器及其补偿温度的方法 |
| CN102122952A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-07-13 | 苏州麦格芯微电子有限公司 | 一种数字式温度补偿晶体振荡器 |
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- 2019-02-22 CN CN201910134381.5A patent/CN110011660A/zh active Pending
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