專利名稱：近似n次函數(shù)發(fā)生裝置和溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生近似n次的函數(shù)的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置以及使用該裝置的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路。
背景技術(shù)：
對(duì)于通常用于晶體振蕩器的AT切的晶體諧振器而言，溫度變化與固有自然共振頻率的關(guān)系可以表示為如圖17所示的近似三次函數(shù)。此溫度特性可以近似為下面的公式(1)。
Y＝α(t-t0)3+β(t-t0)+γ …………(1)其中，Y是輸出頻率，α是三次系數(shù)，β是溫度特性的傾角，γ是頻率偏移量，t0是曲線的中心溫度，即拐點(diǎn)(通常在從25到30℃的范圍)。上述公式(1)中的α、β和γ中的每一個(gè)均取決于該晶體諧振器。
由于這個(gè)原因，溫度補(bǔ)償通常利用來自于例如專利3233946所述的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)。
具體地說，如圖18所示，用于產(chǎn)生所述近似三次函數(shù)的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置的輸出被作為用于補(bǔ)償晶體溫度特性的控制電壓而施加到壓控晶體振蕩器(VCXO)上，該裝置使用從溫度探測(cè)電路輸出的電壓VIN作為輸入信號(hào)，該溫度探測(cè)電路用于輸出主要相對(duì)于作為輸入信號(hào)的所述溫度變化進(jìn)行變化的電壓。
目前被廣泛采用的壓控晶體振蕩電路的電壓-頻率特性可以用線型函數(shù)近似。因此，晶體諧振器的頻率特性與溫度的關(guān)系可以被近似為電壓特性與該溫度的關(guān)系，如圖19所示。
所述控制電壓的電壓-溫度特性可以為下述公式(2)。
f(t)＝a3(t-t0)3+a1(t-t0)+a0…………(2)具體地說，與公式(2)中的控制電壓相配的電壓由所述近似三次函數(shù)發(fā)生裝置產(chǎn)生，并被輸入到所述壓控晶體振蕩器中，從而補(bǔ)償所述晶體諧振器的溫度特性。
但是，所述晶體諧振器的頻率-溫度特性包括比三次分量更高次的分量。因此，存在近似三次函數(shù)和數(shù)據(jù)之間的差別，使得即使產(chǎn)生了能夠嚴(yán)格地補(bǔ)償該近似三次函數(shù)的控制電壓，該差別仍將作為不能進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)囊蛩亍?br> 為解決該問題，可以用更高次的函數(shù)近似所述晶體諧振器的溫度特性，并用相應(yīng)的更高次函數(shù)的電壓控制所述壓控晶體振蕩器，以減少所述差別。
例如，在用三次函數(shù)近似一個(gè)晶體諧振器上的頻率-溫度特性數(shù)據(jù)的情形下，在-30到85℃的溫度范圍內(nèi)的近似表達(dá)式和數(shù)據(jù)之間的差最大為0.320ppm。如果用四次函數(shù)近似，其變?yōu)?.130ppm。如果進(jìn)一步用五次函數(shù)近似，其變?yōu)?.126ppm。于是可以調(diào)整系數(shù)并通過使用用于產(chǎn)生高次函數(shù)的裝置來產(chǎn)生所述控制電壓，從而用更高次精確度來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
對(duì)于目前用于輸出成比例于所述三次或更高次函數(shù)的信號(hào)的電路而言，例如圖1所示的函數(shù)發(fā)生裝置已為日本專利公開8-116214所披露。
從此電路輸出的信號(hào)可以用諸如公式(3)的多項(xiàng)式表示，以下為通式。
f(x)＝anxn+an-1xn-1+……+a2x2+a1x+a0＝an′(x-x0)n+……+a1′(x-x0)+a0′ ……(3)例如，四次函數(shù)發(fā)生裝置的輸出信號(hào)可以用以下公式(4)表示。
f(x)＝a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0＝a4′(x-x0)4+a2′(x-x0)2+a1′(x-x0)+a0′…………(4)其中，a4′＝a4，a2′＝a2-6a4x02，a1′＝a1+2a2x0-8a4x03，a0′＝a0+a1x0+a2x02-3a4x04，x0＝-a3/(4a4)對(duì)于近似四次函數(shù)發(fā)生裝置而言，可以使用如上述公式(4)中的x0以忽略第n-1項(xiàng)，即三次項(xiàng)，并減小了電路規(guī)模。
但是，該常規(guī)例子仍有未解決的問題，即很難實(shí)現(xiàn)用公式(4)的結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生所述控制電壓的電路。
所述未解決的問題將以具體的例子加以描述。如果一個(gè)晶體諧振器上的頻率-溫度特性數(shù)據(jù)首先被描述為具有被公式(4)所忽略的三次項(xiàng)的公式，表示該函數(shù)拐點(diǎn)的t0變?yōu)?149℃，顯然超出了-30到85℃的正常補(bǔ)償范圍。t0的顯著偏差意味著所述電路必須具有用于產(chǎn)生與之相應(yīng)的控制電壓的功能電路的寬輸入范圍，而且該電路必須考慮超出調(diào)整范圍之外的溫度。圖20示出了各次分量，可以理解的是，當(dāng)一個(gè)晶體諧振器的頻率-溫度特性在±10ppm之間，這些次分量使得最大為±1500ppm的顯著偏差寬度附加在所述函數(shù)上。因此，為了補(bǔ)償該晶體諧振器的頻率-溫度特性，各次參數(shù)a4′到a0′的調(diào)整范圍必須較寬以適合所述控制電壓，并且用于執(zhí)行該補(bǔ)償?shù)碾娐穼⒁驗(yàn)閯?dòng)態(tài)范圍而變得非常不方便。因此，會(huì)產(chǎn)生這樣的問題，即如果將所述控制電壓從所述三次函數(shù)擴(kuò)展到所述四次函數(shù)會(huì)導(dǎo)致噪聲的顯著增加以及電路規(guī)模的擴(kuò)大。于是，盡管考慮到有獲得更高次精確度的優(yōu)勢(shì)，但這樣做還是不實(shí)際的。
因此，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)注意到了所述常規(guī)例子中未解決的問題。并且其中一個(gè)目的是提供能夠精確地提供三次或更高次的高次分量的電路以及用于所述溫度補(bǔ)償并使用了所述函數(shù)發(fā)生裝置的精確可調(diào)晶體振蕩器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1的k次分量發(fā)生電路，其特征在于，包括i(i為5或大于5的整數(shù))個(gè)差分放大器，其使得公共線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與所述線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；以及恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述i個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述i個(gè)差分放大器中的第一、第二和第三差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入；所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；所述i個(gè)差分放大器中的第四差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為與要輸入到所述第二差分放大器的恒定電平信號(hào)相同電平的信號(hào)，并將其輸出信號(hào)設(shè)置為與所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)相同的極性而且還將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第二差分放大器的大；所述i個(gè)差分放大器中除了所述第一、第二、第三和第四差分放大器之外的(i-4)個(gè)差分放大器中的每一個(gè)把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平或高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，且所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性，于是將所述第一、第二、第三和所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)相加以形成k次函數(shù)分量輸出信號(hào)(k為3或大于3的奇數(shù))；并且所述第四差分放大器被構(gòu)造用于形成線性分量輸出信號(hào)，該線性分量用于抵消所述n次函數(shù)分量的線性分量，從而通過相加所述i個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括線性分量的k次函數(shù)分量。
據(jù)此，可以通過調(diào)整所述(i-4)個(gè)差分放大器的激勵(lì)電流，以形成在所述輸入信號(hào)大于所述最大值或小于所述最小值的范圍內(nèi)對(duì)該輸入信號(hào)傾角更陡的輸出信號(hào)，從而產(chǎn)生具有高精確度的近似k次函數(shù)(k為3或大于3的奇數(shù))。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求2的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，權(quán)利要求1中的i和k分別被設(shè)置為i＝5且k＝3。
于是，可以從用于產(chǎn)生k次奇數(shù)分量的電路中構(gòu)造出三次專用電路(cubic-specific circuit)，從而輸出具有高精確度的三次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求3的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，在權(quán)利要求2中，所述第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第一差分放大器的小。
于是，在只向所述輸入信號(hào)拐點(diǎn)的更高側(cè)擴(kuò)展該輸入信號(hào)范圍的情形下，可以輸出具有高精確度的所述三次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，所述第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第三差分放大器的小。
于是，在只向所述輸入信號(hào)拐點(diǎn)的更低側(cè)擴(kuò)展該輸入信號(hào)范圍的情形下，可以輸出具有高精確度的所述三次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求5的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，權(quán)利要求1中的i和k分別被設(shè)置為i＝6且k＝5。
于是，可以從用于產(chǎn)生k次奇數(shù)分量的電路中構(gòu)造出專用于五次的電路，從而輸出具有高精確度的五次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求6的五次分量發(fā)生電路，其特征在于，在權(quán)利要求5中，所述第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第一差分放大器的小，并且所述第六差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第三差分放大器的小。
于是，在只向拐點(diǎn)的更高側(cè)擴(kuò)展所述輸入信號(hào)范圍的情形下，可以輸出具有高精確度的所述五次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求7的m次分量發(fā)生電路，其特征在于，包括j(j為4或大于4的整數(shù))個(gè)差分放大器，其將公共線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，將預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與該線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；以及用于輸出恒定輸出信號(hào)的恒定信號(hào)輸出電路；恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述j個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述j個(gè)差分放大器中的第一、第二、第三和第四差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入；所述第一和第二差分放大器的輸出信號(hào)與所述第三和第四差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；于是將所述j個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)相加以形成m次函數(shù)分量的輸出信號(hào)(m為4或大于4的偶數(shù))；以及恒定信號(hào)輸出電路，被構(gòu)造以形成零次分量輸出信號(hào)，該零次分量用于抵消所述m次函數(shù)分量的零次分量，從而通過相加所述j個(gè)差分放大器和所述恒定信號(hào)輸出電路的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括零次分量的m次函數(shù)分量。
于是，可以產(chǎn)生具有高精度且不包括零次分量的m次偶數(shù)分量。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求8的m次分量發(fā)生電路，其特征在于，在權(quán)利要求7中，j為6或大于6的偶數(shù)，所述j個(gè)差分放大器中除了所述第一、第二、第三和第四差分放大器之外的(j-4)個(gè)差分放大器中的每一個(gè)把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平或高于要輸入到第四差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平。
于是，可以通過調(diào)整所述(j-4)個(gè)差分放大器的激勵(lì)電流以形成在所述輸入信號(hào)大于所述最大值或小于所述最小值的范圍內(nèi)對(duì)該輸入信號(hào)傾角更陡的輸出信號(hào)，從而產(chǎn)生具有高精確度的近似m次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求9的四次分量發(fā)生電路，其特征在于，權(quán)利要求7中的j和m分別被設(shè)置為j＝4且m＝4。
于是，可以從用于產(chǎn)生m次偶數(shù)分量的電路中構(gòu)造出專用于四次的電路，從而輸出具有高精確度的四次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求10的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；至少一個(gè)k次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的k次分量(k為3或大于3的奇數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該k次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；至少一個(gè)m次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的m次分量(m為4或大于4的偶數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該m次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分、所述k次分量發(fā)生部分和所述m次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)，在其中近似n次函數(shù)(n為4或大于4的整數(shù))得以產(chǎn)生。
于是，可以通過忽略二次項(xiàng)并使用接近其拐點(diǎn)的拐點(diǎn)x0來對(duì)所述三次函數(shù)主要部分給予補(bǔ)償。由于除了三次之外的n≥4的n次分量變得更小，還可以使用所述常用拐點(diǎn)x0作為結(jié)構(gòu)(configuration)并實(shí)現(xiàn)偏移量+線性分量+三次分量+修正的高次分量的結(jié)構(gòu)，從而減少對(duì)電路規(guī)模的影響。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求11的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；至少一個(gè)k次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求1的k次分量(k為3或大于3的奇數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該k次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；至少一個(gè)m次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求7的m次分量(m為4或大于4的偶數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該m次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分、所述k次分量發(fā)生部分和所述m次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)，在其中近似n次函數(shù)(n為4或大于4的整數(shù))得以產(chǎn)生。
于是，可以通過忽略二次項(xiàng)并使用接近其拐點(diǎn)的拐點(diǎn)x0來補(bǔ)償所述能夠精確產(chǎn)生主要部分的三次分量。由于除了三次之外的n≥4的n次分量變得更小，還可以使用所述常用拐點(diǎn)x0作為所述結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)偏移量+線性分量+三次分量+修正的高次分量的結(jié)構(gòu)，從而減少對(duì)電路規(guī)模的影響。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求12的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述三次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
于是，可以產(chǎn)生具有高精確度的近似三次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求13的近似四次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；四次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求9的四次分量發(fā)生電路以及用于使得該四次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述四次分量發(fā)生部分、所述三次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述零次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
于是，可以產(chǎn)生具有高精確度的近似四次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求14的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；四次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求9的四次分量發(fā)生電路以及用于使得該四次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；五次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的五次分量發(fā)生電路以及用于使得該五次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第三增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述五次分量發(fā)生部分、所述四次分量發(fā)生部分、所述三次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述零次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
于是，可以產(chǎn)生具有高精確度的近似五次函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求15的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，使得所述線性輸入信號(hào)輸入，輸出與n次函數(shù)成比例的n次輸出信號(hào)，該n次函數(shù)由n次多項(xiàng)式表示且該n次多項(xiàng)式中不包括二次項(xiàng)。
于是，可以對(duì)所述三次分量主要部分進(jìn)行補(bǔ)償，并使用接近其拐點(diǎn)的拐點(diǎn)x0。由于除了三次之外的n≥4的n次分量變得更小，還可以使用所述常用拐點(diǎn)x0作為所述結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)偏移量+線性分量+三次分量+修正的高次分量的結(jié)構(gòu)，從而減少對(duì)電路規(guī)模的影響。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求16的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求15的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置。
于是，可以構(gòu)造這樣的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其能夠向所述近似n次函數(shù)發(fā)生裝置提供作為輸入信號(hào)的所述溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)，該電路還可以產(chǎn)生能夠修正晶體溫度特性的電壓。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求17的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求16的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似n次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
于是，可以構(gòu)造能夠進(jìn)行具有高精確度溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償晶體振蕩電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求18的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求10或11的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置。
于是，可以構(gòu)造這樣的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其能夠產(chǎn)生通過使用所述具有高精確度的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置來修正所述晶體溫度特性的電壓。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求19的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求18的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似n次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
于是，可以構(gòu)造能夠進(jìn)行具有高精確度的溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償晶體振蕩電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求20的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求12的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置。
于是，可以構(gòu)造專用于所述三次函數(shù)的溫度函數(shù)發(fā)生電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求21的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求20的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似三次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
于是，可以構(gòu)造專用于所述三次函數(shù)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求22的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求13的近似四次函數(shù)發(fā)生裝置。
于是，可以構(gòu)造專用于所述四次函數(shù)的溫度函數(shù)發(fā)生電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求23的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求22的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似四次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
于是，可以構(gòu)造專用于所述四次函數(shù)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求24的溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求14的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置。
于是，可以構(gòu)造專用于所述五次函數(shù)的溫度函數(shù)發(fā)生電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求25的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求24的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似五次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
于是，可以構(gòu)造專用于所述五次函數(shù)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求26的溫度補(bǔ)償調(diào)整方法，其特征在于，對(duì)于包括了含有溫度探測(cè)電路和近似n次函數(shù)發(fā)生裝置(n為3或大于3的整數(shù))的溫度補(bǔ)償電路以及壓控晶體振蕩電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路而言，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)整時(shí)，在預(yù)定溫度環(huán)境中進(jìn)行在所述溫度補(bǔ)償電路的輸出電壓VCOUT的n次分量VCOUTn到零次分量VCOUT0上的測(cè)量，并且還在期望溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)的多個(gè)溫度進(jìn)行輸入電壓VCIN上的測(cè)量，其中從所述壓控晶體振蕩電路輸出的振蕩頻率在該電壓上與預(yù)置選擇頻率相配，而且所述測(cè)得的輸出電壓VCOUT的n次分量VCOUTn在每一個(gè)溫度上近似為溫度T的函數(shù)VCOUTn′(T)＝VCOUTn(T)-VCOUT0(T)，并且所述輸出電壓VCOUT可以被描述為所述溫度T的函數(shù)VCOUT(T)＝αnVCOUTn′(T+ΔT)+…………+α3VCOUT3′(T+ΔT)+α1VCOUT1′(T+ΔT)+VCOUT0′(T+ΔT)+α0，并且所述溫度補(bǔ)償電路的系數(shù)αn到α3，α1，α0和ΔT被調(diào)整使得所述輸入電壓VCIN與在每一個(gè)所述溫度上測(cè)得的輸出電壓VCOUT相配。
于是，可以獲得允許所述具有高精確度的溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?。另外，可以通過獨(dú)立測(cè)量各次以獲得詳細(xì)而且正確的數(shù)據(jù)。并且通過考慮各次分量的誤差之外的誤差可以基于實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算更佳的系數(shù)。此外，不僅對(duì)于近似三次函數(shù)電路，而且對(duì)于n≥4的近似n次函數(shù)發(fā)生電路均可以通過一次溫度掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)所述溫度補(bǔ)償?shù)木_調(diào)整。


圖1為框圖，示出了將本發(fā)明應(yīng)用到溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的實(shí)施例；圖2為框圖，示出了采用近似五次函數(shù)發(fā)生裝置的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的具體例子；圖3為框圖，示出了采用近似四次函數(shù)發(fā)生裝置的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的具體例子；圖4為電路圖，示出了圖1中的n次分量發(fā)生部分的例子；圖5為電路圖，示出了可被用于圖4電路的五次分量發(fā)生電路的例子；圖6為原理電路圖，用于解釋圖5中的五次分量發(fā)生電路如何工作；
圖7A和7B為特性圖，示出了每一差分對(duì)的輸出特性，以解釋圖5中的五次分量發(fā)生電路的部分如何工作；圖8是圖5的輸出波形圖；圖9A到9D為輸出波形圖，用于解釋圖5中的五次分量發(fā)生電路如何工作；圖10為電路圖，示出了可被應(yīng)用于圖4電路的四次分量發(fā)生電路的例子；圖11A到11D為輸出波形圖，用于解釋圖10中的四次分量發(fā)生電路如何工作；圖12為電路圖，示出了可被應(yīng)用于圖4電路的三次分量發(fā)生電路的基本部分；圖13A到13E為輸出波形圖，用于解釋圖12中的三次分量發(fā)生電路的基本部分如何工作；圖14為電路圖，示出了適合于擴(kuò)展輸入電壓范圍情形的三次分量發(fā)生電路的例子；圖15A到15E為輸出波形圖，用于解釋圖14中的三次分量發(fā)生電路如何工作；圖16為框圖，示出了可被應(yīng)用于圖1到3電路的線型函數(shù)發(fā)生部分；圖17為示圖，示出了晶體諧振器對(duì)溫度的頻率特性；圖18為框圖，示出了常規(guī)例子；圖19為示圖，示出了要輸入到壓控晶體振蕩器的控制電壓的溫度特性；圖20為特性圖，示出了常規(guī)近似表達(dá)式的特性；圖21為特性圖，示出了本發(fā)明的近似表達(dá)式的特性。
具體實(shí)施例方式
以下將基于附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
首先，給出本發(fā)明的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置的規(guī)則。
n階函數(shù)一般可以用如下公式(5)表示。
f(x)＝anxn+an-1xn-1+……+a3x3+a2x2+a1x+a0＝an′(x-x0)n+an-1′(x-x0)n-1+……+a3′(x-x0)3+a1′(x-x0)+a0′ ……(5)作為具體例子，五次函數(shù)可以用如下公式(6)表示。
f(x)＝a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0＝a5′(x-x0)5+a4′(x-x0)4+a3′(x-x0)3+a1(x-x0)+a0′ …………(6)公式(6)中系數(shù)間的關(guān)系如下。
a5′＝a5a4′＝a4+5a5x0a3′＝a3+4a4x0+10a5x02a1′＝a1-3a3x0-8a4x03-15a5x04a0′＝a0+a1x0-2a3x03-5a4x04-9a5x05另外，x0是以下三次方程的根。
10a5x03+6a4x02+3a3x0+a2＝0對(duì)于該x0而言，可以獲得一個(gè)或三個(gè)根，因此，應(yīng)當(dāng)選擇一個(gè)接近假定值的值。在公式(6)中的x0由于此變換變?yōu)椤?9”，即近似等于拐點(diǎn)，近似為三次函數(shù)在正常補(bǔ)償溫度范圍中心附近的相同數(shù)據(jù)。因此，在這種電路結(jié)構(gòu)中三次分量為主要分量而四次和五次分量變得很小，從而使得該電路結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢(shì)。
四次函數(shù)可以用如下公式(7)表示。
f(x)＝a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0＝a4′(x-x0)4+a3′(x-x0)3+a1(x-x0)+a0′ …………(7)公式(7)中系數(shù)間的關(guān)系如下。
a4′＝a4a3′＝a3+4a4x0a1′＝a1-3a3x02-8a4x03a0′＝a0+a1x0-2a3x03-5a4x04另外，x0是以下二次方程的根。
6a4x02+3a3x0+a2＝0
對(duì)于該x0而言，可以獲得兩個(gè)根，于是可以選擇一個(gè)接近曲線中心的值。因此，x0為“31”，即近似等于拐點(diǎn)，近似為三次函數(shù)在正常補(bǔ)償溫度范圍中心附近的相同數(shù)據(jù)。此外，各次(分量)表示于前述公式(7)時(shí)如圖21所示，使得所述四次分量在±3ppm之間。于是，如果公式的表示中無二次分量，如公式(6)或(7)，那么主要分量為三次分量和線性分量，并且還僅存在具有近似等于所述三次分量拐點(diǎn)的拐點(diǎn)的高次分量。由于用于產(chǎn)生控制電壓的電路的動(dòng)態(tài)范圍與此相等，其結(jié)構(gòu)是非常具有優(yōu)勢(shì)的。
圖1為框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的實(shí)施例。
在圖1中，參考數(shù)字1表示溫度探測(cè)電路，該電路的模擬輸出電壓對(duì)于溫度變化線性函數(shù)地變化。并且歸因于從溫度探測(cè)電路1輸出的模擬電壓的已探測(cè)溫度值作為輸入信號(hào)VIN輸入到近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2以產(chǎn)生用于補(bǔ)償晶體的溫度特性的電壓并將之提供給壓控晶體振蕩器(VCXO)3。
在此，近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2產(chǎn)生由前述公式(5)的n次函數(shù)所表示的電壓。該近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2使得輸入信號(hào)VIN輸入其中，且該裝置包括用于只產(chǎn)生前述公式(5)中的第一項(xiàng)的n次分量的n次分量發(fā)生部分6n，用于只產(chǎn)生前述公式(5)中的第n-2項(xiàng)的三次分量的三次分量發(fā)生部分6B，用于只產(chǎn)生前述公式(5)中的第n-1項(xiàng)的線性分量的線性分量發(fā)生部分6A，以及用于將n次分量發(fā)生部分6n，三次分量發(fā)生部分6B和線性分量發(fā)生部分6A的輸出信號(hào)相加的相加電路4。
所述近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2能夠?qū)設(shè)置為任意高次。從具體的例子來說，所述溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路通過采用如圖2所示的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置2A或如圖3所示的近似四次函數(shù)發(fā)生裝置而構(gòu)成。
更具體的說，關(guān)于圖2中的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其中的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置2A除了具有圖1中的前述構(gòu)造中的相加電路4、零次分量發(fā)生部分5、線性分量發(fā)生部分6A以及三次分量發(fā)生部分6B之外，還具有四次分量發(fā)生部分6C和五次分量發(fā)生部分6D，其中線性分量發(fā)生部分6A、三次分量發(fā)生部分6B、四次分量發(fā)生部分6C和五次分量發(fā)生部分6D的輸出信號(hào)由相加電路4相加。
關(guān)于圖3中的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，近似四次函數(shù)發(fā)生裝置2B由圖2中的結(jié)構(gòu)去掉所述五次分量發(fā)生部分6D后構(gòu)成。
如圖4所示，圖1到3中的三次分量發(fā)生部分6B、四次分量發(fā)生部分6C、五次分量發(fā)生部分6D……以及n次分量發(fā)生部分6n的每一個(gè)包括用于只產(chǎn)生三次、四次、五次……n次分量中一個(gè)分量的n次分量發(fā)生電路9，用于輸入該n次分量發(fā)生電路9的輸出的增益可變放大電路11以及用于向n次分量發(fā)生電路9提供后文將提及的恒定電平信號(hào)VREFL1到VREFH2的恒定電平信號(hào)發(fā)生電路20。
此處，五次分量發(fā)生電路將被作為奇函數(shù)的例子加以敘述。如圖5所示，所述五次分量發(fā)生電路包括電流鏡電路14，該電流鏡電路14包括MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0，其柵極和漏極經(jīng)由恒流源13連接到電源正極端VDD，其源極接地到VSS，該電路14還包括各自柵極與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0的柵極相連的六個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr6；構(gòu)成第一到第六放大器的六個(gè)差分放大器15A到15F，從電流鏡電路14為它們提供恒定電流；具有相同電阻值的電阻16A和16B，用于構(gòu)成將差分放大器15A到15F的輸出電流相加的加法器；以及差分放大器12，用于獲得所述輸出的電流差。差分放大器15A到15F上施加了來自于恒定電平信號(hào)發(fā)生電路20的不同的恒定電平參考電壓VREFH1，VREFH2，VREFM，VREFL2和VREFL1。
此處，差分放大器15A具有分別經(jīng)由電阻RA1和RA2串聯(lián)到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1漏極的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrA1和TrA2。輸入信號(hào)VIN被加到晶體管TrA1的柵極上，恒定電平參考電壓VREFM被加到晶體管TrA2的柵極上，并且晶體管TrA1的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的電阻之一的電阻16A和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17連接到電源正極端VDD，該MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17用于從其柵極接收差分放大器12的輸出，同時(shí)晶體管TrA2的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的另一個(gè)電阻16B連接到電源正極端VDD。
同樣地，差分放大器15B也具有分別經(jīng)由電阻RB1和RB2串聯(lián)到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr2漏極的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrB1和TrB2。輸入信號(hào)VIN被加到晶體管TrB1的柵極上，恒定電平參考電壓VREFM被加到晶體管TrB2的柵極上。與前述差分放大器15A相反，晶體管TrB1的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的另一個(gè)電阻16B連接到電源正極端VDD，同時(shí)晶體管TrB2的漏極經(jīng)由MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17和構(gòu)成所述加法器的電阻之一的電阻16A連接到電源正極端VDD，從而具有與其它差分放大器15A、15C、15D、15E和15F相反的特性。
差分放大器15C、15D、15E和15F也具有與差分放大器15A相同的結(jié)構(gòu)，并分別地輸入由恒定電平信號(hào)發(fā)生電路20產(chǎn)生的恒定電平參考電壓VREFL1，VREFH1，VREFL2和VREFH2。并且MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrA1、TrB2、TrC1、TrD1、TrE1和TrF1經(jīng)由MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17連接到構(gòu)成所述加法器的電阻16A，其中電阻16和晶體管17的連接點(diǎn)連接到運(yùn)算放大器12的反相輸入端。
施加到差分放大器15A到15F的恒定電平參考電壓VREFH1到VREFL1的大小被設(shè)置為VREFH2＞VREFH1＞VREFM＞VREFL1＞VREFL2，并且差分放大器15B也被施加有與差分放大器15A相同的電壓，恒定電平參考電壓VREFM。
通過電阻16A和16B的同相(normal rotation)輸出電流IPOUT與經(jīng)由差分放大器15A到15F的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrA1到TrF1、電阻RA1到RF1及MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr6通過地VSS的反相輸出電流INOUT之間的差電流，作為輸出電流IOUT從所述五次分量發(fā)生電路的輸出端18輸出。輸出電流IOUT被施加到運(yùn)算放大器OPA的反相輸入端，該運(yùn)算放大器OPA與經(jīng)由負(fù)反饋嵌入的可變電阻VR構(gòu)成增益可變放大電路11。由恒定電壓發(fā)生電路10產(chǎn)生的恒定電壓VOFF被施加到運(yùn)算放大器OPA的同相輸入端(normalrotation input side)，并且可以獲得只有五次分量而不包含線性分量的輸出V5OUT，如以下公式(8)所表示。
V5OUT＝B5(VIN-VOFF)5…………(8)
在此，系數(shù)B5由所述五次分量發(fā)生電路的增益和所述增益可變放大電路11的增益所決定。
下面將具體描述所述五次分量發(fā)生電路是如何工作的。
為了簡(jiǎn)化對(duì)所述五次分量發(fā)生電路的電路工作的描述，可以從如圖6所示的一個(gè)差分放大器15C著手進(jìn)行描述。當(dāng)處于輸入電壓VIN足夠小于參考電壓VREFL1的狀態(tài)時(shí)，所有通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr3的電流將通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC2。
由于這個(gè)原因，如果電流鏡電路14的恒定電流值為I0，那么通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC2的電流IC2＝I0，并且通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC1的電流IC1＝0。因此，電流INOUT和電流IPOUT變?yōu)镮0和0，如圖7A中的虛線和實(shí)線所示。
在這一狀態(tài)下，如果輸入電壓VIN增加并超過VCL，其中VCL為恒定電平參考電壓VREFL1減去作為電阻RC2上的壓降的I0·RC2，輸出電流IC2將逐漸且平滑地減少。與此相反，輸出電流IC1平滑地增加，并且如果輸入電壓VIN變成與恒定電平參考電壓VREFL1相等，輸出電流IC1和IC2將也變成相等。如果輸入電壓VIN進(jìn)一步升高，輸出電流IC2保持減少的趨勢(shì)且輸出電流IC1保持增加的趨勢(shì)。并且如果輸入電壓VIN等于或超出VCH，其中VCH為恒定電平參考電壓VREFL1加上作為電阻RC1上的壓降的I0·RC1，相反地輸出電流IC2變?yōu)?且輸出電流IC1變?yōu)镮0。
最終，在圖7B的輸出特性中，就僅由電阻RC1和RC2的電阻值RC及電流鏡電路14的恒定電流值I0所決定的晶體管特性而言，在VREFL1±I0·RC附近的輸出只有平滑變化。
下面，為簡(jiǎn)化對(duì)圖5中五次分量發(fā)生電路工作的描述，考慮除了差分放大器15A、15E和15F之外的電路。當(dāng)輸入電壓VIN足夠小于恒定電平參考電壓VREFL1(VIN＜＜VREFL1)時(shí)，如前所述，所有通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr3的電流將通過差分放大器15C中的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC2，使得IC2＝I0，IC1＝0。同樣地，在差分放大器15B和15D中，變成IB2＝ID2＝I0，IB1＝ID1＝0，并且相加電流IPOUT＝2I0且INOUT＝I0。
并且如果輸入電壓VIN增加，電流開始通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC1并且通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrC2的電流開始相應(yīng)減少。如果輸入電壓VIN等于恒定電平參考電壓VREFL1，則變?yōu)镮C1＝IC2＝I0/2。若此狀態(tài)不改變，則使得其它差分放大器15B和15D有，輸出電流INOUT和IPOUT由此變?yōu)镮NOUT＝IPOUT＝3I0/2。如果輸入電壓VIN進(jìn)一步升高，將變成IC2＝0，IC1＝I0，使得輸出電流IPOUT和INOUT因此變?yōu)镮POUT＝I0和INOUT＝2I0。
如果輸入電壓VIN進(jìn)一步增加，電流開始通過差分放大器15B的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrB1并且通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrB2的電流開始減少。如果輸入電壓VIN等于恒定電平參考電壓VREFM，則變?yōu)镮B1＝IB2＝I0/2。并且輸出電流IPOUT和INOUT再次變?yōu)镮NOUT＝IPOUT＝3I0/2。
如果輸出電壓VIN在變成IPOUT＝2I0且INOUT＝I0后進(jìn)一步增加，電流開始通過差分放大器15D的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrD1并且通過MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrD2的電流開始減少。如果輸入電壓VIN等于恒定電平參考電壓VREFH1，則輸出電流IPOUT和INOUT再次變?yōu)镮POUT＝INOUT＝3I0/2。并且如果輸入電壓VIN進(jìn)一步增加，它們會(huì)變?yōu)镮POUT＝I0和INOUT＝2I0。
因此，例如從INOUT側(cè)來看，第三差分放大器15C的輸出電流IC1直到輸入信號(hào)VIN的電壓等于第三差分放大器15C的最小值VCL時(shí)均為0，在該電壓超過最小值VCL時(shí)，IC1開始增加，在該電壓等于恒定電平參考電壓VREFL1時(shí)變?yōu)镮0/2，并隨后根據(jù)輸入信號(hào)VIN的電壓的增加而增加，在該電壓的最大值VCH處達(dá)到I0并變成飽和，如圖8中點(diǎn)線所示。
第二差分放大器15B的輸出電流IB2直到輸入信號(hào)VIN的電壓等于第二差分放大器15B的最小值VBL(根據(jù)本實(shí)施例設(shè)置為與VCH相等的值)時(shí)均為I0，在該電壓超過最小值VBL時(shí)，IB2開始減少，在該電壓等于恒定電平參考電壓VREFM時(shí)變?yōu)镮0/2，并隨后根據(jù)輸入信號(hào)VIN的電壓的增加而減少，在該電壓的最大值VBH或更大處保持為0，如圖8中虛線所示。
此外，第四差分放大器15D的輸出電流ID1直到輸入信號(hào)VIN的電壓等于第四差分放大器15D的最小值VDL(根據(jù)本實(shí)施例設(shè)置為與VBH相等的值)時(shí)均為0，在該電壓超過最小值VDL時(shí)，ID1開始增加，在該電壓等于恒定電平參考電壓VREFH1時(shí)變?yōu)镮0/2，并隨后根據(jù)輸入信號(hào)VIN的電壓的增加而增加，在該電壓的最大值VDH處達(dá)到I0并變成飽和，如圖8中實(shí)線所示。
由于第一差分放大器15A并未及時(shí)加在這一點(diǎn)上，負(fù)傾角的線性函數(shù)被加在奇函數(shù)上。
因此，對(duì)于與差分放大器15C和15D相同的結(jié)構(gòu)，線性函數(shù)可以通過加入第一差分放大器15A的輸出電流加以抵消，該輸出電流的最小值VAL和最大值VAH的范圍可以被很寬地設(shè)置。
更具體地，關(guān)于圖8中的系列雙點(diǎn)線所示的輸入-輸出特性，通過調(diào)整加在差分放大器15A的激勵(lì)電流與電阻RA1和RA2以及優(yōu)化區(qū)域和線型函數(shù)區(qū)域的傾角，使得最小值VAL與第三差分放大器15C的VCL相等，并使得最大值VAH與第四差分放大器15D的最大值VDH相等，從而獲得無線性分量的輸出電流。
此外，加入了與差分放大器15C結(jié)構(gòu)相同的差分放大器15E。加入該差分放大器是為了精確地實(shí)現(xiàn)所述五次函數(shù)的特性，這是因?yàn)樵撐宕魏瘮?shù)在輸入電壓VIN非常遠(yuǎn)離恒定電平參考電壓VREFM的區(qū)域內(nèi)，為具有對(duì)于VIN的顯著傾角的輸出。
更具體地，通過將輸入的恒定電平參考電壓VREFL2設(shè)置為小于輸入到差分放大器15C的VREFL1的值，可以增加所述激勵(lì)電流值和增加所述電阻值，從而使得在輸入電壓VIN小于最小值VCL的范圍內(nèi)對(duì)輸入電壓VIN有更陡傾角的輸出電流得以通過。同樣地，通過將輸入到與差分放大器15D結(jié)構(gòu)相同的差分放大器15F的恒定電平參考電壓VREFH2設(shè)置為大于輸入到差分放大器15D的VREFH1的值，可以增加所述激勵(lì)電流值和增加所述電阻值，從而使得在輸入電壓VIN大于最大值VDH的范圍內(nèi)對(duì)輸入電壓VIN有更陡傾角的輸出電流得以通過。
如上所述，關(guān)于所述五次分量發(fā)生電路的輸出電流IOUT，差分放大器15A的輸出如圖9C所示，差分放大器15B、15C和15D的輸出相加如圖9A所示，差分放大器15E和15F的輸出相加如圖9B所示。如果將這些全部相加，將得到光滑的五次函數(shù)電流輸出IOUT，如圖9D所示。因此，如圖4所示，如果所述恒定電壓加到所述同相輸入端并且五次函數(shù)電流輸出IOUT加到運(yùn)算放大器OPA的反相輸入端，其中該運(yùn)算放大器OPA與經(jīng)由負(fù)反饋嵌入的可變電阻VR構(gòu)成增益可變放大電路11，則可以從運(yùn)算放大器OPA獲得只有五次分量而不包括線性分量的輸出V5OUT。
于是，通過利用如上所述的六個(gè)差分放大器，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電路常數(shù)，從而只產(chǎn)生不包括線性分量的五次函數(shù)，如以下公式(9)所示。
V5OUT＝B5(VIN-VREFM)5…………(9)這種電路結(jié)構(gòu)也可以被應(yīng)用到n次奇函數(shù)中。因此，可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置恒定電平參考電壓VREFL2和VREFH2，電阻值RE1、RE2、RF1和RF2以及輸入到差分放大器15E和15F的激勵(lì)電流值并且進(jìn)一步加入多個(gè)差分放大器以優(yōu)化所述電阻值、參考電壓和激勵(lì)電流值，從而獲得如以下公式(10)的輸出。
VnOUT＝Bn(VIN-VREFM)n…………(10)更具體地，其應(yīng)包括i(i為5或大于5的整數(shù))個(gè)差分放大器，使得公共線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與所述線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；以及恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述i個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述i個(gè)差分放大器中的第一、第二和第三差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入；所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；所述i個(gè)差分放大器中的第四差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為與要輸入到所述第二差分放大器的恒定電平信號(hào)有相同電平的信號(hào)，并將其輸出信號(hào)設(shè)置為與所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)相同的極性而且還將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第二差分放大器的大；所述i個(gè)差分放大器中除了所述第一、第二、第三和第四差分放大器之外的(i-4)個(gè)差分放大器中的每一個(gè)把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平或高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，且所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性，于是將所述第一、第二、第三和所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)加起來以形成k次函數(shù)分量的輸出信號(hào)(k為7或大于7的奇數(shù))；并且所述第四差分放大器被構(gòu)造用于形成線性分量輸出信號(hào)，該線性分量用于抵消所述n次函數(shù)分量的線性分量，從而通過相加所述i個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括線性分量的k次函數(shù)分量。
下面，將四次分量發(fā)生電路作為偶函數(shù)輸出電路的例子加以描述。
圖10示出了四次分量發(fā)生電路的例子。
所述四次分量發(fā)生電路包括電流鏡電路14，該電流鏡電路14包括MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0，其柵極和漏極經(jīng)由恒流源13連接到電源正極端VDD，其源極接地到VSS，該電路14還包括各自柵極與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0的柵極相連的五個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr5；構(gòu)成恒流源電路的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr6，其中恒定電流從電流鏡電路14加到該電流源電路上；以及具有相同電阻值的電阻16A和16B，作為用于將差分放大器15A到15D以及恒流源電路的輸出電流相加的加法器。差分放大器15A到15D上施加了由恒定電平信號(hào)發(fā)生電路20產(chǎn)生的不同的恒定電平參考電壓VREFH1，VREFH2，VREFL2和VREFL1。
此處，差分放大器15A具有分別經(jīng)由電阻RA1和RA2串聯(lián)到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1漏極的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrA1和TrA2。輸入信號(hào)VIN被加到晶體管TrA1的柵極上，恒定電平參考電壓VREFL1被加到晶體管TrA2的柵極上。晶體管TrA1的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的電阻之一的電阻16B連接到電源正極端VDD，同時(shí)晶體管TrA2的漏極經(jīng)由MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17和構(gòu)成所述加法器的另一個(gè)電阻16A連接到電源正極端VDD。
差分放大器15B、15C和15D具有相等的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，由恒定電平信號(hào)發(fā)生電路20產(chǎn)生的恒定電平參考電壓VREFH1，VREFL2和VREFH2被施加到晶體管TrB2、TrC2和TrD2各自的柵極上。但是，差分放大器15B和15D被設(shè)置為具有與差分放大器15A和15C相反的特性。
所述恒定電平參考電壓為VREFH2＞VREFH1＞VREFL1＞VREFL2，并且通過晶體管TrC和TrD的電流值被設(shè)置為大于TrA和TrB的電流值，例如IA＝IB＝I0，IC＝ID＝2I0。
由于單一差分放大器的行為與前面對(duì)五次分量發(fā)生電路所描述的行為相同，差分放大器15A和15B的輸出IOUT如圖11A所示。此外，差分放大器15C和15D的輸出如圖11B所示。這些輸出電流被圖4中所示的可變電阻VR相加并轉(zhuǎn)換為電壓，從而獲得所述四次函數(shù)相對(duì)于輸入信號(hào)VIN的輸出。
當(dāng)輸入信號(hào)VIN在所述四次函數(shù)的拐點(diǎn)x0時(shí)，即，在恒定電平參考電壓VREFL1和VREFH1之間，輸出電流IOUT變成IOUT＝IPOUT-INOUT＝2I0+I0+I0+2I0＝6I0，從而使得其變成所述輸出的零次分量。因此，為了抵消所述零次分量而向該電路施加了6I0的恒定電流。這可以通過從電流鏡電路14向差分放大器15A到15D的每一個(gè)提供恒定電流來實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，可以將構(gòu)成所述加法器的一個(gè)電阻16A經(jīng)由另一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr6連接到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr5，其中輸入信號(hào)VIN輸入到晶體管Tr6的柵極使得構(gòu)成電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr5的源極-漏極電壓接近于另一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr6的源極-漏極電壓，從而獲得更精確的輸出。
來自于所述恒定電流電路的輸出電流如圖11C所示。如果將全部電流輸出相加，可以獲得如圖11D所示的四次函數(shù)電流輸出IOUT。可以將由恒定電壓發(fā)生電路10產(chǎn)生的恒定電壓VOFF施加到運(yùn)算放大器OPA的同相輸入端，并且也可以將電流輸出IOUT施加到運(yùn)算放大器OPA的反相輸入端，該運(yùn)算放大器OPA與經(jīng)由負(fù)反饋嵌入的可變電阻VR構(gòu)成如圖4所示的增益可變放大電路11，從而從運(yùn)算放大器OPA獲得只含有四次分量的輸出V4OUT。
于是，可以如前所述利用所述四個(gè)差分放大器15A到15D以及所述恒定電流電路適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電路常數(shù)，從而只產(chǎn)生不包括零次分量的四次函數(shù)，如以下公式(11)所示。
V4OUT＝B4(VIN-VREFM)4…………(11)這種電路結(jié)構(gòu)也可以被應(yīng)用到m次偶函數(shù)中。并且可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置恒定電平參考電壓VREFL1、VREFL2、VREFH1和VREFH2的值，電阻RA1到RD2以及輸入到差分放大器15A到15D的激勵(lì)電流值并且進(jìn)一步加入多個(gè)差分放大器以優(yōu)化所述電阻值、恒定電平參考電壓和激勵(lì)電流值，從而獲得如以下公式(12)的輸出。
VmOUT＝Bm(VIN-VREFM)m…………(12)更具體地，其應(yīng)包括j(j為4或大于4的整數(shù))個(gè)差分放大器，其使得常用線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與該線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；用于輸出恒定輸出信號(hào)的恒定信號(hào)輸出電路；以及恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述j個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述j個(gè)差分放大器中的第一、第二、第三和第四差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入；所述第一和第二差分放大器的輸出信號(hào)與所述第三和第四差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；于是將所述j個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)相加以形成m次函數(shù)分量的輸出信號(hào)(m為6或大于6的偶數(shù))；以及恒定信號(hào)輸出電路，被構(gòu)造以形成零次分量輸出信號(hào)，該零次分量用于抵消所述m次函數(shù)分量的零次分量，從而通過相加所述j個(gè)差分放大器和所述恒定信號(hào)輸出電路的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括零次分量的m次函數(shù)分量。
下面，對(duì)在將所述補(bǔ)償溫度范圍擴(kuò)展到更高或更低情況下的三次分量發(fā)生電路的改進(jìn)例子進(jìn)行描述。擴(kuò)展所述溫度的范圍等價(jià)于擴(kuò)展來自于溫度探測(cè)電路1的輸出電壓的范圍，也就是說，擴(kuò)展所述三次分量發(fā)生電路的輸入電壓的范圍。
如圖12所示，目前所知的三次分量發(fā)生電路包括電流鏡電路14，該電流鏡電路14包括MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0，其柵極和漏極經(jīng)由恒流源13連接到電源正極端VDD，其源極接地到VSS，該電路14還包括各自柵極與MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr0的柵極相連的四個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1到Tr4；構(gòu)成第一到第四放大器的四個(gè)差分放大器15A到15D，所述恒定電流從電流鏡電路14被施加到這些放大器；以及具有相同電阻值的電阻16A和16B，用于構(gòu)成將差分放大器15A到15D的輸出電流相加的加法器。差分放大器15A到15D上施加了不同的恒定電平參考電壓VREFH，VREFM和VREFL。
此處，差分放大器15A具有分別經(jīng)由電阻RA1和RA2串聯(lián)到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1漏極的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrA1和TrA2。輸入信號(hào)VIN被加到晶體管TrA1的柵極上，恒定電平參考電壓VREFM被加到晶體管TrA2的柵極上。晶體管TrA1的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的電阻之一的電阻16A和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17連接到電源正極端VDD，該MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17用于從其柵極接收差分放大器12的輸出，同時(shí)晶體管TrA2的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的另一個(gè)電阻16B連接到電源正極端VDD。
同樣地，差分放大器15B也具有分別經(jīng)由電阻RB1和RB2串聯(lián)到電流鏡電路14的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Tr1漏極的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管TrB1和TrB2。輸入信號(hào)VIN被加到晶體管TrB1的柵極上，并且恒定電平參考電壓VREFM被加到晶體管TrB2的柵極上。與前述差分放大器15A相反，晶體管TrB1的漏極經(jīng)由構(gòu)成所述加法器的另一個(gè)電阻16B連接到電源正極端VDD，同時(shí)晶體管TrB2的漏極經(jīng)由MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管17和構(gòu)成所述加法器的電阻之一的電阻16A連接到電源正極端VDD，從而具有與其它差分放大器15A、15C和15D相反的特性。
差分放大器15C和15D具有與差分放大器15A相同的結(jié)構(gòu)，輸入信號(hào)VIN加在屬于它們各自的晶體管TrC1和TrD1的柵極上，且恒定電平參考電壓VREFL與VREFH被加在晶體管TrC2和TrD2的柵極上。
差分放大器15A的輸出電流IOUT如圖13A所示，差分放大器15B的輸出電流IOUT如圖13B所示，差分放大器15C的輸出電流IOUT如圖13C所示，且差分放大器15D的輸出電流IOUT如圖13D所示。整個(gè)輸出電流是這些輸出電流IOUT相加所得的結(jié)果，如圖13E所示。該輸出電流被加到所述運(yùn)算放大器OPA的反相輸入端，該運(yùn)算放大器OPA與經(jīng)由負(fù)反饋嵌入的可變電阻VR構(gòu)成增益可變放大電路11，并且所述恒定電壓被施加到該運(yùn)算放大器OPA的同相輸入端，從而獲得只有三次分量而不包含線性分量的輸出V3OUT，如以下公式(13)所表示。
V3OUT＝B3(VIN-VOFF)3…………(13)在此，系數(shù)B3由所述三次分量發(fā)生電路的增益和所述增益可變放大電路11的增益所決定。
但是，在例如關(guān)于所述三次分量發(fā)生電路只將輸入電壓的范圍擴(kuò)展為更高的情形，輸入電壓VIN在如圖13E所示的高位顯著偏離所述三次分量發(fā)生電路。這是因?yàn)椴罘址糯笃?5D的輸出變?yōu)轱柡汀?br> 由于這個(gè)原因，必須修正輸入恒定電平參考電壓VREFH的差分放大器15D的輸出。
在此，加入了用于輸入恒定電平參考電壓VREFH2的差分放大器15E。改進(jìn)后的三次分量發(fā)生電路如圖14所示。但是，將恒定電平參考電壓設(shè)置為VREFH2＞VREFH?？梢酝ㄟ^將差分放大器15C、15D和15E的激勵(lì)電流IC0、ID0和IE0設(shè)置為IC0＝ID0+IE0來抵消零次分量。
首先，差分放大器15A、15B和15C具有相同的結(jié)構(gòu)，使得其輸出分別如圖15A、15B和15C所示。且差分放大器15D的輸出以圖15D中的實(shí)線表示，而差分放大器15E的輸出如圖15D所示?？梢酝ㄟ^在差分放大器15D變成飽和的點(diǎn)的附近加上差分放大器15E的輸出電流，以修正輸入電壓VIN在高位從所述三次分量發(fā)生電路的顯著偏離，從而相加全部所得的輸出結(jié)果如圖15E所示。
于是，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電阻值RD1、RD2、RF1和RF2以及各差分放大器的恒定電平參考電壓VREFH和VREFH2，可以構(gòu)造用于獲得更好的三次函數(shù)的三次分量發(fā)生電路，對(duì)于該函數(shù)只將輸入電壓VIN的范圍擴(kuò)展為更高。
如圖16所示，線性分量發(fā)生部分16A包括可變電阻VR，連接在用于使輸入信號(hào)VIN輸入的輸入端tIN和恒定電平參考電壓輸入端tR之間；同相放大器(normal rotation amplifier)，其同相輸入端與可變電阻VR的滑觸臂相連，并經(jīng)由電阻R1將恒定電平參考電壓輸入端tR提供到其反相輸入端，而且其輸出信號(hào)經(jīng)由電阻R2返回到其反相輸入端，其中所述三次分量發(fā)生電路的恒定電平參考電壓VREFM被施加到參考電壓輸入端tR。
根據(jù)線性分量發(fā)生部分6A，輸入信號(hào)VIN被同相放大器20放大，其中同相放大器20的輸出電壓VBOUT可以用以下公式表示。
VBOUT＝B1(VIN-VREFM) …………(14)在此，系數(shù)B1由可變電阻VR的設(shè)置值和同相放大器20的增益決定。
前述圖1表示本發(fā)明的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路的例子。用在該電路中的晶體諧振器具有如圖17所示的相對(duì)于溫度的振蕩頻率的溫度特性。該特性通?？梢杂萌缫韵鹿?15)的多項(xiàng)式表示。
Y＝an(t-t0)n+an-1(t-t0)n-1+……+a3(t-t0)3+a1(t-t0)+a0…………(15)此特性依賴于所述晶體諧振器和所述壓控晶體振蕩電路的特性。當(dāng)今被廣泛采用的壓控晶體振蕩電路的電壓-頻率特性可以被近似為線性函數(shù)。因此，相對(duì)于晶體諧振器的溫度的頻率特性可以通過相對(duì)于該溫度的電壓特性來實(shí)現(xiàn)。因此，在圖1的實(shí)施例中，可以用近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2基于溫度探測(cè)電路1的溫度探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生等于公式(15)右手側(cè)項(xiàng)的電壓，還可以用每一個(gè)n次分量發(fā)生部分中的增益可變放大電路11對(duì)每一次的系數(shù)a0到an中的獨(dú)立變量的增益進(jìn)行調(diào)整，也可以進(jìn)行微調(diào)，用所述相加電路相加經(jīng)過微調(diào)的所述電壓，以及獲得相應(yīng)于對(duì)所述晶體諧振器的溫度的頻率特性的所述壓控晶體振蕩電路的控制電壓，從而提供所述控制電壓到壓控晶體振蕩電路3，并且由此正確地補(bǔ)償包含在該電路中的晶體諧振器的溫度依賴。
更準(zhǔn)確地說，圖1中的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2和壓控晶體振蕩器(VCXO)3分離地貯放在恒溫加熱爐中，該恒溫加熱爐的溫度然后被設(shè)置為在進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)钠谕秶鷥?nèi)的任意溫度t1。隨著所述恒溫加熱爐的溫度被穩(wěn)定地設(shè)置在預(yù)設(shè)溫度t1，壓控晶體振蕩器3的輸入電壓VCIN被改變以測(cè)量輸入信號(hào)VCIN(t1)，在該輸入信號(hào)下輸出信號(hào)的頻率與預(yù)設(shè)頻率相配，并且還可以測(cè)量關(guān)于每一單獨(dú)次的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2的輸出電壓VCOUTn(t1)。更具體地說，通過將其它分量的增益設(shè)置為零并實(shí)現(xiàn)只能獲得一個(gè)分量的輸出，可以進(jìn)行精確測(cè)量。于是，n次到三次數(shù)據(jù)以及線性和零次數(shù)據(jù)被作為近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2的輸出電壓得到。
在繼續(xù)地改變所述恒溫加熱爐的預(yù)設(shè)溫度的同時(shí)，多次地重復(fù)上述測(cè)量過程，從而測(cè)量壓控晶體振蕩器3的輸入電壓VCIN(t1)到VCIN(tm)以及測(cè)量近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2在預(yù)設(shè)溫度(t1到tm)的輸出電壓VCOUT1(t1)到VCOUTm(tm)。
下面，近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2的輸出電壓VCOUTn(t1)到VCOUTn(tm)減去各自的零次分量VCOUT0(t1)到VCOUT0(tm)后近似為如以下公式(16)的溫度函數(shù)。這是因?yàn)?，由于近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2的輸出電壓VCOUTn包括由零次分量發(fā)生部分產(chǎn)生的零次分量VCOUT0，該零次分量(偏移)應(yīng)該被去除以獲得更正確的n次分量VCOUTn并允許更精確的調(diào)整。在這種情形下，并不限于近似函數(shù)，而可以根據(jù)所述數(shù)據(jù)任意地確定。各次數(shù)據(jù)被獨(dú)立地獲得以增加用于所述調(diào)整的信息并允許高精確調(diào)整。
VCOUTn′(t)≡VCOUTn(t)-VCOUT0(t) …………(16)隨后，通過調(diào)整系數(shù)an到a0和Δt使得如以下公式(17)所示的函數(shù)VCOUT(t)與在每一個(gè)所述溫度所測(cè)得的輸入電壓VCIN(t1)到VCIN(tm)相配，以進(jìn)行所述溫度補(bǔ)償。
VCOUT(t)＝αnVCOUTn′(t+Δt)+…………+α3VCOUT3′(t+Δt)+α1VCOUT1′(t+Δt)+VCOUT0′(t+Δt)+α0…………(17)更具體地，通過設(shè)置在n次分量發(fā)生部分的增益可變放大電路11進(jìn)行增益調(diào)整以獲得系數(shù)an，并且通過在所述相加電路加入用于獲得系數(shù)a0的恒定電壓值來調(diào)整零次分量。修正值Δt通過調(diào)整溫度探測(cè)電路1的偏移來進(jìn)行調(diào)整。
可以測(cè)量壓控晶體振蕩器3的輸入電壓VCIN以及溫度補(bǔ)償電路輸出電壓，即，分別測(cè)量近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2的每一次的輸出電壓VCOUTn到VCOUT0，并基于這些測(cè)量結(jié)果調(diào)整近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2，從而只需進(jìn)行一次溫度掃描工作即可實(shí)現(xiàn)高精確度溫度補(bǔ)償。
通過對(duì)上述內(nèi)容的理解，很容易通過使用對(duì)諸如前述的公式(5)的描述，來實(shí)現(xiàn)用于產(chǎn)生所述近似n次函數(shù)的輸出電壓的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置。而且例如在將前述結(jié)構(gòu)作為所述晶體振蕩器的溫度補(bǔ)償電路的情形下，也很容易對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于奇函數(shù)和偶函數(shù)均可以設(shè)計(jì)具有高精確度的上述結(jié)構(gòu)的各次分量發(fā)生裝置。而且通過使用上述調(diào)整方法，既可以調(diào)整目前所知的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置，也可以調(diào)整具有更高精確度的n≥4的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置2。
同樣，也可以在采用了如圖2所示的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置2A的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路中進(jìn)行與上述相同的調(diào)整方法，從而對(duì)專用于所述近似五次函數(shù)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路進(jìn)行高精確度溫度補(bǔ)償。
此外，可以在采用了如圖3所示的近似四次函數(shù)發(fā)生裝置2B的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路中進(jìn)行與上述相同的調(diào)整方法，從而對(duì)專用于所述近似四次函數(shù)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路進(jìn)行高精確度溫度補(bǔ)償。
前述的實(shí)施例是關(guān)于在所述近似n次函數(shù)發(fā)生電路使用MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情形，但是，并不限于此，還可以在其中使用其它有源元件，諸如二極管。
前述的實(shí)施例是關(guān)于接地標(biāo)準(zhǔn)(ground standard)的情形，但是，并不限于此，還可以采用VDD標(biāo)準(zhǔn)。
此外，前述的實(shí)施例是關(guān)于從每一次分量發(fā)生裝置的輸出為電流輸出的情形。但是，并不限于此，必然地，還可以采用電壓輸出。
工業(yè)實(shí)用性可以通過采用所述n次函數(shù)發(fā)生裝置產(chǎn)生具有高精確度的n次函數(shù)，且可以通過將所述n次函數(shù)發(fā)生裝置用到所述溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路中來進(jìn)行高精確度溫度補(bǔ)償。
通過采用所述溫度補(bǔ)償調(diào)整方法可以進(jìn)行高精確度溫度補(bǔ)償。另外，通過分別測(cè)量各次可以獲得詳細(xì)而且正確的數(shù)據(jù)。并且通過考慮各次分量誤差之外的誤差可以基于實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算更佳的系數(shù)。此外，不僅對(duì)于目前已知的近似三次函數(shù)發(fā)生部分，而且對(duì)于n≥4的近似n次函數(shù)發(fā)生部分均可以通過一次溫度掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度補(bǔ)償?shù)木_調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種k次分量發(fā)生電路，其特征在于，包括i(i為5或大于5的整數(shù))個(gè)差分放大器，其使得公共線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與所述線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；以及恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述i個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述i個(gè)差分放大器中的第一、第二和第三差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入，并且所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；所述i個(gè)差分放大器中的第四差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為與要輸入到所述第二差分放大器的恒定電平信號(hào)相同電平的信號(hào)，并將其輸出信號(hào)設(shè)置為與所述第一和第三差分放大器的輸出信號(hào)相同的極性而且還將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第二差分放大器的大；所述i個(gè)差分放大器中除了所述第一、第二、第三和第四差分放大器之外的(i-4)個(gè)差分放大器中的每一個(gè)把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平或高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，且所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)與所述第二差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；并且于是將所述第一、第二、第三和所述(i-4)個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)相加以形成k次函數(shù)分量輸出信號(hào)(k為3或大于3的奇數(shù))；并且所述第四差分放大器被構(gòu)造用于形成線性分量輸出信號(hào)，該線性分量用于抵消所述n次函數(shù)分量的線性分量，從而通過相加所述i個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括線性分量的k次函數(shù)分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，被設(shè)置為i＝5且k＝3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第一差分放大器的小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的三次分量發(fā)生電路，其特征在于，所述第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第三差分放大器的小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的五次分量發(fā)生電路，其特征在于，被設(shè)置為i＝6且k＝5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的五次分量發(fā)生電路，其特征在于，所述第五差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到所述第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第一差分放大器的小，并且所述第六差分放大器把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為高于要輸入到所述第三差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平，并將所述輸入信號(hào)為所述最大值和該輸入信號(hào)為所述最小值的范圍設(shè)置為比所述第三差分放大器的小。
7.一種m次分量發(fā)生電路，其特征在于，包括j(j為4或大于4的整數(shù))個(gè)差分放大器，其將公共線性輸入信號(hào)輸入到一個(gè)輸入端，將預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)輸入到另一個(gè)輸入端，輸出與該線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大和最小值的限制函數(shù)；以及恒定信號(hào)輸出電路，用于輸出恒定輸出信號(hào)；恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述j個(gè)差分放大器的每一個(gè)，其中所述j個(gè)差分放大器中的第一、第二、第三和第四差分放大器被設(shè)置為使所述恒定電平信號(hào)以逐漸增加的更高電平依次輸入；所述第一和第二差分放大器的輸出信號(hào)與所述第三和第四差分放大器的輸出信號(hào)被設(shè)置為相互相反的極性；并且于是將所述j個(gè)差分放大器的輸出信號(hào)相加以形成m次函數(shù)分量的輸出信號(hào)(m為4或大于4的偶數(shù))；以及
8.恒定信號(hào)輸出電路，被構(gòu)造以形成零次分量輸出信號(hào)，該零次分量用于抵消所述m次函數(shù)分量的零次分量，從而通過相加所述j個(gè)差分放大器和所述恒定信號(hào)輸出電路的輸出信號(hào)而產(chǎn)生不包括零次分量的m次函數(shù)分量。根據(jù)權(quán)利要求7的m次分量發(fā)生電路，其特征在于，j為6或大于6的偶數(shù)，并且所述j個(gè)差分放大器中除了所述第一、第二、第三和第四差分放大器之外的(j-4)個(gè)差分放大器中的每一個(gè)把要輸入的恒定電平信號(hào)設(shè)置為低于要輸入到第一差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平或高于要輸入到第四差分放大器的恒定電平信號(hào)的電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的四次分量發(fā)生電路，其特征在于，被設(shè)置為j＝4且m＝4。
10.一種近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；至少一個(gè)k次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的k次分量(k為3或大于3的奇數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該k次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；至少一個(gè)m次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的m次分量(m為4或大于4的偶數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該m次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分、所述k次分量發(fā)生部分和所述m次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)，在其中近似n次函數(shù)(n為4或大于4的整數(shù))得以產(chǎn)生。
11.一種近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；至少一個(gè)k次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求1的k次分量(k為3或大于3的奇數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該k次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；至少一個(gè)m次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求7的m次分量(m為4或大于4的偶數(shù))發(fā)生電路以及用于使得該m次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分、所述k次分量發(fā)生部分和所述m次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)，在其中近似n次函數(shù)(n為4或大于4的整數(shù))得以產(chǎn)生。
12.一種近似三次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述零次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述三次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
13.一種近似四次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；四次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求9的四次分量發(fā)生電路以及用于使得該四次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述四次分量發(fā)生部分、所述三次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述零次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
14.一種近似五次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，包括零次分量發(fā)生部分，用于使得恒定輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生恒定分量；線性分量發(fā)生部分，用于使得線性輸入信號(hào)輸入并產(chǎn)生線性分量；三次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4的三次分量發(fā)生電路以及用于使得該三次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第一增益可變放大電路；四次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求9的四次分量發(fā)生電路以及用于使得該四次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第二增益可變放大電路；五次分量發(fā)生部分，具有用于使得所述線性輸入信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的五次分量發(fā)生電路以及用于使得該五次分量發(fā)生電路的輸出信號(hào)輸入的第三增益可變放大電路；以及相加電路，用于相加所述五次分量發(fā)生部分、所述四次分量發(fā)生部分、所述三次分量發(fā)生部分、所述線性分量發(fā)生部分和所述零次分量發(fā)生部分的輸出信號(hào)。
15.一種近似n次函數(shù)發(fā)生裝置，其特征在于，使得線性輸入信號(hào)輸入，輸出與n次函數(shù)成比例的n次輸出信號(hào)，該n次函數(shù)由n次多項(xiàng)式表示且該n次多項(xiàng)式中不包括二次項(xiàng)。
16.一種溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求15的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置。
17.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求16的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似n次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
18.一種溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求10或11的近似n次函數(shù)發(fā)生裝置。
19.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求18的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似n次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
20.一種溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求12的近似三次函數(shù)發(fā)生裝置。
21.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求20的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似三次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
22.一種溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求13的近似四次函數(shù)發(fā)生裝置。
23.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求22的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似四次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
24.一種溫度函數(shù)發(fā)生電路，其特征在于，包括溫度探測(cè)電路以及用于使得該溫度探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)輸入的根據(jù)權(quán)利要求14的近似五次函數(shù)發(fā)生裝置。
25.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求24的溫度函數(shù)發(fā)生電路以及用于使得產(chǎn)生于該溫度函數(shù)發(fā)生電路的近似五次函數(shù)輸入的晶體振蕩電路。
26.一種溫度補(bǔ)償調(diào)整方法，其特征在于，對(duì)于包括了含有溫度探測(cè)電路和近似n次函數(shù)發(fā)生裝置(n為3或大于3的整數(shù))的溫度補(bǔ)償電路以及壓控晶體振蕩電路的溫度補(bǔ)償晶體振蕩電路而言，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)整時(shí)，在預(yù)定溫度環(huán)境中進(jìn)行在所述溫度補(bǔ)償電路的輸出電壓VCOUT的n次分量VCOUTn到零次分量VCOUT0上的測(cè)量，并且還在期望溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)的多個(gè)溫度進(jìn)行輸入電壓VC1N上的測(cè)量，其中從所述壓控晶體振蕩電路輸出的振蕩頻率在該電壓上與預(yù)置選擇頻率相配，而且所述測(cè)得的輸出電壓VCOUT的n次分量VCOUTn在每一個(gè)溫度上近似為溫度T的函數(shù)VCOUTn′(T)＝VCOUTn(T)-VCOUT0(T)，并且所述輸出電壓VCOUT可以被描述為所述溫度T的函數(shù)VCOUT(T)＝αnVCOUTn′(T+ΔT)+…………+α3VCOUT3′(T+ΔT)+α1VCOUT1′(T+ΔT)+VCOUT0′(T+ΔT)+α0，并且所述溫度補(bǔ)償電路的系數(shù)αn到α3，α1，α0和ΔT被調(diào)整使得所述輸入電壓VC1N與在每一個(gè)所述溫度上測(cè)得的輸出電壓VCOUT相配。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生n次分量的電路，包括六個(gè)差分放大器(15A到15F)，其使得公共線性輸入信號(hào)和預(yù)定電平的恒定電平信號(hào)施加到一對(duì)輸入端，輸出與該線性輸入信號(hào)反相或同相的信號(hào)，并具有將所述輸出信號(hào)限制到預(yù)定最大值和最小值的限制函數(shù)；恒定電平信號(hào)發(fā)生電路，用于提供所述恒定電平信號(hào)到所述六個(gè)差分放大器的每一個(gè)；電流鏡電路(14)，用于控制流動(dòng)在所述差分放大器(15A到15F)中的電流；以及相加電阻(16A，16B)，用于相加所述差分放大器(15A到15F)的輸出電流。通過增加第六差分放大器(15F)的流動(dòng)電流從而增加所述電阻值，可以獲得關(guān)于所述輸入信號(hào)有更陡傾角的5次函數(shù)分量的高精確度輸出電流。
文檔編號(hào)H03B5/04GK1663111SQ0381392
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者川崎譽(yù)子, 根本謙治 申請(qǐng)人:旭化成微系統(tǒng)株式會(huì)社