專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種晶體振蕩器，尤其是一種數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。
背景技術(shù)：
溫度補(bǔ)償晶體振蕩器是一種在各種電子線(xiàn)路中有著廣泛用途的電子振蕩器。它提供脈沖時(shí)鐘信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)的觸發(fā)基準(zhǔn)。無(wú)線(xiàn)及寬帶通訊設(shè)備器材如手機(jī)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、 GPS, DSL和CABLE收發(fā)器等等，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的精度都有非常高的要求，一般為(2 3) *10_6。 對(duì)于這樣高的精度，由簡(jiǎn)單的振蕩晶體和反向器組成的電子振蕩器在一定的溫度范圍內(nèi)已不能達(dá)到要求。在-40°C +85°C的溫度范圍內(nèi)，上述簡(jiǎn)單電子振蕩器的精度只能達(dá)到士 50*10-6，所以必須給簡(jiǎn)單電子振蕩器加上溫度補(bǔ)償器或溫度補(bǔ)償電路。目前，晶體振蕩器行業(yè)內(nèi)常用的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，是一種通過(guò)改變晶體振蕩器壓控電壓來(lái)引進(jìn)補(bǔ)償以提高其穩(wěn)定性的晶體振蕩器。通用的補(bǔ)償方式分為模擬補(bǔ)償和數(shù)字補(bǔ)償兩種。用的最多的是在溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的前端加一溫度補(bǔ)償電阻網(wǎng)絡(luò)，這屬于一種模擬補(bǔ)償方式，這種增加溫度補(bǔ)償電阻網(wǎng)絡(luò)的方法，由于受熱敏電阻和固定電阻值影響很大，產(chǎn)品在_40°C +85°C的溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到0. 5 lppm。另外一種是間接模擬補(bǔ)償系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)木w振蕩器是電壓控制的晶體振蕩電路(VCX0)，如

圖1所示。為了進(jìn)行溫度補(bǔ)償，溫度傳感器1檢測(cè)晶體振蕩器的工作溫度， 溫度補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路2產(chǎn)生溫度補(bǔ)償電壓，用于根據(jù)上述檢測(cè)溫度補(bǔ)償晶體諧振器的溫度特性。此時(shí)，通過(guò)對(duì)電壓控制的晶體振蕩電路3的電壓控制端施加溫度補(bǔ)償電壓，對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償。當(dāng)晶體諧振器由AT切割晶體制成時(shí)，其溫度特性可以由三次函數(shù)精確地近似。因此，溫度補(bǔ)償電路一般由具有由線(xiàn)性函數(shù)表示的溫度特性的溫度傳感器和根據(jù)由溫度傳感器檢測(cè)的溫度產(chǎn)生三次函數(shù)的三次函數(shù)發(fā)生電路構(gòu)成。隨著市場(chǎng)需求更加高穩(wěn)定性的壓控晶體，穩(wěn)定度在士1 士2. 5ppm的壓控晶體已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，而且在這種模擬補(bǔ)償式晶體振蕩器很難集成到一顆IC中，大多使用分離式元器件組成。模擬方式集成化是可以做到的，但是最大的難度是做成較低的精度。在這種情況下，具有數(shù)字補(bǔ)償方式的晶體振蕩器應(yīng)運(yùn)而生。該種晶體振蕩器能比較精確地進(jìn)行電壓的補(bǔ)償，以保持所述電壓控制晶體振蕩器保持在一個(gè)較為穩(wěn)定的頻率范圍內(nèi)。然而采用數(shù)字補(bǔ)償通常會(huì)使用單片機(jī)，同時(shí)采用低功耗編程技術(shù)以降低晶體振蕩器的功耗，但是晶體振蕩器電路為模擬電路，如果采用數(shù)字補(bǔ)償手段，采用同一電源供電時(shí)，溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)晶體振蕩器回路產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的相噪不良，從而影響晶體振蕩器輸出頻率的穩(wěn)定性，而且之前的數(shù)字補(bǔ)償式晶體振蕩器需要使用15 16位的高精度ADC 或是DAC，此種ADC或是DAC的電路設(shè)計(jì)難度高，電路復(fù)雜又很龐大，所以IC成本很高。另外一種間接數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)，除去由溫度傳感器1檢測(cè)的溫度被進(jìn)行數(shù)字處理而產(chǎn)生溫度補(bǔ)償電壓之外，關(guān)于這種系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償?shù)幕靖拍詈蜕鲜龅拈g接模擬系統(tǒng)類(lèi)似。即在這種溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中，如圖2所示，由溫度傳感器1檢測(cè)的溫度由AD轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)成數(shù)字值。然后，讀出和被轉(zhuǎn)換的數(shù)字值相應(yīng)的被預(yù)先在非易失存儲(chǔ)器6的地址中存儲(chǔ)的用于補(bǔ)償晶體諧振器的溫度特性的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)。所讀出的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)由DA轉(zhuǎn)換器7 進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換而成為模擬形式的溫度補(bǔ)償電壓。通過(guò)對(duì)電壓控制的晶體振蕩電路3施加模擬形式的溫度補(bǔ)償電壓，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其中，可以使用EEPROM或者類(lèi)似物作為非易失存儲(chǔ)器6。因此，急需一種低噪音、低功耗、高穩(wěn)定、低成本的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種低噪音、低功耗、高穩(wěn)定、低成本的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補(bǔ)償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補(bǔ)償電路相連，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括溫度感應(yīng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應(yīng)器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連。進(jìn)一步的，用數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器替代所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器和所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器相連。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理單元為EEraoM。進(jìn)一步的，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器包括振蕩電路，產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；譯碼電路，所述振蕩頻率信號(hào)輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖
信號(hào)；電平選擇電路，所述脈沖信號(hào)控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號(hào)變動(dòng)的輸出電平信號(hào)；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號(hào)和輸出電平信號(hào)，產(chǎn)生頻率抖動(dòng)信號(hào)。進(jìn)一步的，所述數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器為帶獨(dú)立電容矩陣的數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器。進(jìn)一步的，所述各電路可以集成在一塊芯片上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器保留了原數(shù)字補(bǔ)償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢(shì)，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達(dá)到高精度的目的，這樣就可以大大降低IC的面積，使其成本降低。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述圖1為傳統(tǒng)的模擬TCXO示意圖；圖2為傳統(tǒng)的數(shù)字TCXO示意圖；圖3為本實(shí)用新型的TCXO示意圖；圖4為實(shí)用新型的TCXO另一種示意圖；[0025]圖5為帶獨(dú)立電容矩陣的DCXO示意圖；圖6為抖動(dòng)電路示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 如圖3所示的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補(bǔ)償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補(bǔ)償電路相連，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括溫度感應(yīng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、EEPROM、DSP單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應(yīng)器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述EEPROM通過(guò)DSP單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)EEPROM和數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連。如圖6所示的抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器包括振蕩電路， 產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；譯碼電路，所述振蕩頻率信號(hào)輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖信號(hào)；電平選擇電路，所述脈沖信號(hào)控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號(hào)變動(dòng)的輸出電平信號(hào)；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號(hào)和輸出電平信號(hào)，產(chǎn)生頻率抖動(dòng)信號(hào)。目前模擬式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器芯片可以設(shè)計(jì)的比較小，但是精度低，只能達(dá)到0. 5 lppm，不能適應(yīng)高精度產(chǎn)品的需求，而數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器芯片需要用到15位的ADC或是DAC電路，設(shè)計(jì)困難，IC面積大，成本較高。本實(shí)施例結(jié)合了數(shù)字式的高精度的優(yōu)點(diǎn)有克服了其缺點(diǎn)，獨(dú)特創(chuàng)新的實(shí)用新型了帶數(shù)字抖動(dòng)的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器芯片，在EEPROM和DAC之間增加了一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的電路模塊，使得電路對(duì)DAC精度要求大大降低，正因?yàn)槭褂眠@種新型的電路模塊設(shè)計(jì)芯片，所以只需要8位的DAC就能實(shí)現(xiàn)原先使用15位DAC所需要達(dá)到的0. Olppm的精度。實(shí)施例2 如圖4所示，將實(shí)施例1直接去除DAC和VCXO電路，由DCXO (數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器)代替。把EEPROM中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由DSP單元和抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的電路模塊直接加載到DQCO中。此DQCO必須是數(shù)字式的，如圖5為DQCO的電路模型。原先為了達(dá)到0. Olppm的精度需要15位的電容矩陣，此電容矩陣設(shè)計(jì)難度高，設(shè)計(jì)面積大，而且生產(chǎn)中的一致性較差，良率很低，但是使用了抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的電路模塊對(duì)于電容矩陣的位數(shù)的要求大大降低。這種新型的帶數(shù)字抖動(dòng)功能的電路即保留了原數(shù)字補(bǔ)償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢(shì)，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達(dá)到高精度的目的，這樣就可以大大降低 IC的面積，使其成本降低。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補(bǔ)償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補(bǔ)償電路相連，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括溫度感應(yīng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應(yīng)器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，用數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器替代所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器和所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元為EEraoM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器包括振蕩電路，產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；譯碼電路，所述振蕩頻率信號(hào)輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖信號(hào)；電平選擇電路，所述脈沖信號(hào)控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號(hào)變動(dòng)的輸出電平信號(hào)；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號(hào)和輸出電平信號(hào)，產(chǎn)生頻率抖動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，所述數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器為帶獨(dú)立電容矩陣的數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，所述各電路可以集成在一塊芯片上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補(bǔ)償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補(bǔ)償電路相連，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括溫度感應(yīng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應(yīng)器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補(bǔ)償電路包括抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器，所述抖動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連。這種新型的帶數(shù)字抖動(dòng)功能的電路既保留了原數(shù)字補(bǔ)償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢(shì)，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達(dá)到高精度的目的，這樣就可以大大降低IC的面積，使其成本降低。
文檔編號(hào)H03B5/04GK201956971SQ20112008878
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉斌, 張達(dá)泉, 王樹(shù)一, 陳克恭 申請(qǐng)人:蘇州麥格芯微電子有限公司