專利名稱：溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，尤其涉及一種即使在高溫中不增加電壓控制振蕩器的靈敏度依然能改善溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器圖4
參照?qǐng)D4說明現(xiàn)有技術(shù)的一種溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器 (temperature-compensated crystal oscillator, TCX0)。圖 4 顯不為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路方框圖。如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)中的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器包括振蕩器電路I與晶體共振器2。
振蕩電路I包括用以接收外部參考信號(hào)的輸入端(自動(dòng)頻率控制端(Auto Frequency Control terminal,AFC terminal))、自動(dòng)步頁(yè)率控制(Auto Frequency Control, AFC)單元11、振蕩器(oscillator, 0SC)單元12、輸出緩沖器(OUT BUFFER)單元13、溫度傳感器(TEMP SENSOR)單元14、溫度補(bǔ)償單元15、非易失性存儲(chǔ)器(nonvolatile memory, NVM)16,以及定電壓電源17。
自動(dòng)頻率控制單元11控制從AFC端輸入的外部參考信號(hào)的靈敏度(電壓增益)， 并且輸出信號(hào)至振蕩器單元12。振蕩器單元12輸出利用晶體共振器2與靈敏度控制電壓(AFC)振蕩的信號(hào)至輸出緩沖器單元13。輸出緩沖器單元13緩沖(放大)從振蕩器單元12來的振蕩信號(hào)并輸出此信號(hào)至輸出端(OUT terminal)。在此，輸出緩沖器單元13、 晶體共振器2、振蕩器單元12組成電壓控制晶體振蕩器(voltage-controlled crystal oscillator, VCX0)。
溫度傳感器單元14量測(cè)晶體共振器2的周遭溫度，并輸出此溫度至溫度補(bǔ)償單元15。溫度補(bǔ)償單元15是用以產(chǎn)生函數(shù)的電路。溫度補(bǔ)償單元15讀取儲(chǔ)存于非易失性存儲(chǔ)器16中用以溫度補(bǔ)償?shù)膮?shù)，并依據(jù)參數(shù)與從溫度傳感器單元14輸入的量測(cè)溫度值來執(zhí)行計(jì)算，且輸出溫度補(bǔ)償電壓至振蕩器單元12。振蕩器單元12提供利用晶體共振器2振蕩的信號(hào)，而此信號(hào)隨著來自自動(dòng)頻率控制單元11的信號(hào)與來自溫度補(bǔ)償單元15的補(bǔ)償電壓輸出而振蕩。
現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路圖5
接著，參照?qǐng)D5來說明圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路圖。圖 5顯示為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路圖。比較與現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器有關(guān)的圖4與圖5，晶體共振器2相當(dāng)于晶體共振器X。輸出緩沖器單元13相當(dāng)于緩沖器32與33、電阻R3，以及電容C3。振蕩器單元12相當(dāng)于反向器集成電路(inverter IC) 31、電阻Rf、Rl與R2、電容Cl與C2，以及可變電容二極管VDl與VD2。
在圖5中，省略圖4中自動(dòng)頻率控制單元11與定電壓電源17。需要注意的是，自動(dòng)頻率控制單元11的輸出為圖5中端點(diǎn)VlT的輸入。
在前文所提及的現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，一般來說，是在-40°c至+85°C的范圍中執(zhí)行溫度補(bǔ)償。近年來，在歐洲，已立法通過強(qiáng)制增設(shè)緊急通話設(shè)備(例如， 緊急呼叫(e-call))的法案條條，以及正在發(fā)展相關(guān)設(shè)備的引進(jìn)。對(duì)于應(yīng)用至運(yùn)輸工具而言，TCXO需要操作于一寬廣的溫度范圍中，舉例來說，-40°C至+105°C。
在一般的溫度補(bǔ)償范圍中(例如，-40°c至+85°C )是不會(huì)有問題的。然而，在下述的寬廣的溫度范圍(例如，-40°C至+105°C )中是會(huì)有一些問題的，尤其是在+86°C至 +105 °C的溫度范圍里。
現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償?shù)睦訄D6A 6D
請(qǐng)參照?qǐng)D6A至6D來說明現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償?shù)睦印D6A至6D顯示為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償例子的說明圖。在6A至6D中，橫坐標(biāo)表示為溫度(Temp)，圖6A與6D的縱坐標(biāo)表示為頻率特性，圖6B與6C的縱坐標(biāo)表示為電壓特性。圖6A顯示說明“無溫度補(bǔ)償?shù)恼袷庮l率Fout”的特性。此特性是一種取決于晶體共振器與振蕩器電路的溫度特性的頻率特性。
圖6B顯示說明理想溫度補(bǔ)償電壓Vl的電壓特性，而圖6C顯示說明現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償電壓Vl的電壓特性。如果把圖6B的理想溫度補(bǔ)償電壓的電壓特性運(yùn)用于圖6A中無溫度補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂凭w振蕩器的振蕩頻率，在理想溫度補(bǔ)償?shù)暮蟮恼袷庮l率將變?yōu)槠教埂?br> 然而，理想溫度補(bǔ)償與現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償?shù)念l率特性會(huì)在高溫區(qū)域中產(chǎn)生偏差。因?yàn)槿绱说钠?，如果圖6C中現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償電壓的電壓特性Vl運(yùn)用于圖6A中無溫度補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂凭w振蕩器的振蕩頻率，圖6D中現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償?shù)暮蟮恼袷庮l率基本上變成平坦，但在高溫度區(qū)域中會(huì)急峻的升起。也就是說，在高溫區(qū)域中，溫度補(bǔ)償并非正常執(zhí)行的。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)的TCXO中，使用的集成電路(IC)的高積集化與制程微細(xì)化已降低了 TCXO的電源電壓。舉例來說，電源電壓已經(jīng)從5V降至3. 3V，以及從3. 3V降至I. 8V。
相關(guān)技術(shù)
作為相關(guān)技術(shù)，揭示以下各者東洋通信機(jī)株式會(huì)社(Τ0Υ0 Communication Equipment Co. , Ltd)的日本專利特開2004-104609號(hào)公報(bào)的“溫度補(bǔ)償壓電振蕩器 (Temperature-compensated Piezo-oscillator) ”；以及星辰時(shí)計(jì)株式會(huì)社(CITIZEN WATCH Co.，Ltd)的日本專利特開2005-033329號(hào)公報(bào)的“溫度補(bǔ)償壓電振蕩器 (Temperature-compensated Piezo-oscillator)”。
日本專利特開2004-104609號(hào)公報(bào)揭示一種溫度補(bǔ)償壓電振蕩器，其中藉由結(jié)合可變電容二極管至頻率/溫度補(bǔ)償電路中來把溫度變化運(yùn)用至可變電容二極管，以作為電壓變化，電容值依據(jù)電壓來改變，像是降低電容值來增加頻率，以及增加電容值來降低頻率。
日本專利特開2005-033329號(hào)公報(bào)揭示一種溫度補(bǔ)償壓電振蕩器，其包括晶體振蕩電路。此晶體振蕩電路包括低溫金屬氧化半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor,M0S)電容與高溫金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)電容元件、低溫偏壓信號(hào)產(chǎn)生電路，以及高溫偏壓信號(hào)產(chǎn)生電路。其中，低溫金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)電容與高溫金屬氧化半導(dǎo)體(MOS)電容元件并聯(lián)耦接彼此。以致低溫區(qū)域的溫度補(bǔ)償與高溫區(qū)域的溫度補(bǔ)償獨(dú)立的各自執(zhí)行。
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I日本專利特開2004-104609號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本專利特開2005-033329號(hào)公報(bào)
然而，現(xiàn)有技術(shù)中的TCX0，當(dāng)電源電壓降低，內(nèi)部電壓是減少的，以及電路電壓的動(dòng)態(tài)范圍是狹窄的。因此，應(yīng)用于電壓控制晶體振蕩器(VCXO)的電壓的溫度補(bǔ)償電壓范圍是窄的，并且可以補(bǔ)償?shù)臏囟确秶矔?huì)是窄的。
就這點(diǎn)來說，可以想象的是，這個(gè)問題可藉由增加VCXO的頻率電壓靈敏度來解決。然而，在此對(duì)策方法中，噪聲的靈敏度也會(huì)增加，以致于作為TCXO中所要求的一個(gè)重要特點(diǎn)的相位噪聲可能會(huì)降低。
日本專利特開2004-104609號(hào)公報(bào)與2005-033329號(hào)公報(bào)揭示一種溫度補(bǔ)償壓電振蕩器，其設(shè)計(jì)來在高溫中利用高溫補(bǔ)償電路以及在低溫中利用低溫補(bǔ)償電路來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。然而，要操作組合的兩電路并且獲得一個(gè)容易與簡(jiǎn)單的配置是困難的。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，需要存在一種即使在高溫下不增加電壓控制晶體振蕩器的靈敏度仍可以改善溫度補(bǔ)償精確度的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)進(jìn)而提供一種溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，此溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器包括晶體共振器與用以執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)恼袷庪娐?。此振蕩電路具有溫度傳感器電路，量測(cè)晶體共振器的周遭溫度；溫度補(bǔ)償單元，依據(jù)所量測(cè)的溫度輸出用以溫度補(bǔ)償?shù)牡谝浑妷海桓邷刎?fù)載電容調(diào)節(jié)單元，依據(jù)超出特定溫度范圍的高溫區(qū)域中所量測(cè)的溫度輸出第二電壓；振蕩器單元，具有特定溫度范圍中用以溫度補(bǔ)償?shù)牡谝慌c第二可變電容元件、高溫區(qū)域中用以溫度補(bǔ)償?shù)牡谌c第四可變電容元件，以及耦接晶體共振器以執(zhí)行振蕩操作的振蕩集成電路，以致于利用第一電壓執(zhí)行溫度補(bǔ)償，以及在高溫區(qū)域中利用第二電壓執(zhí)行溫度補(bǔ)償；以及緩沖器，放大從振蕩器單元來的輸出。


從參看附圖描述的以下具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明的前述以及額外的特征與特性將變得更明顯，在附圖中
圖I為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所顯示的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路方框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器所顯示的電路圖。
圖3A至3E為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所顯示的振蕩器電路中溫度補(bǔ)償例子的說明圖。
圖4顯示為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路方框圖。
圖5顯示為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路圖。
圖6A至6D顯示為現(xiàn)有技術(shù)中溫度補(bǔ)償例子的說明圖。
具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
實(shí)施例的概觀
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，自動(dòng)頻率控制單元設(shè)置外部參考信號(hào)為一合適的電壓，振蕩器單元使晶體共振器振蕩來自自動(dòng)頻率控制單元的信號(hào)，溫度傳感器單元在一般的溫度范圍中量測(cè)晶體共振器的周遭溫度，溫度補(bǔ)償單元依據(jù)溫度傳感器單元所量測(cè)的溫度而輸出用來溫度補(bǔ)償?shù)牡谝浑妷?，以及高溫?fù)載電容調(diào)節(jié)單元依據(jù)高溫溫度傳感器單元在超出一般溫度范圍的高溫區(qū)域中所量測(cè)的溫度來輸出高溫中用以溫度補(bǔ)償?shù)牡诙妷褐琳袷幤鲉卧灾吕玫谝浑妷涸谝话銣囟确秶袌?zhí)行溫度補(bǔ)償， 以及在高溫中利用第一與第二電壓執(zhí)行溫度補(bǔ)償。作為此結(jié)果，在不增加電壓控制晶體振蕩器的電壓控制靈敏度的情形下，一種低成本且能操作于寬廣溫度范圍中的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的實(shí)現(xiàn)是有可能的。
振蕩器圖I
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器將參照說明于圖I。圖I為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所顯示的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器的電路方框圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器包括振蕩器電路I與晶體共振器2。振蕩器電路 I基本上包括用以接收外部參考信號(hào)的輸入端(自動(dòng)頻率控制端(automatic frequency control terminal))、自動(dòng)頻率控制(automatic frequency control, AFC)單兀 11、振蕩器 (oscillator,0SC)單元 12、輸出緩沖器(OUT BUFFER)單元 13、溫度傳感器(TEMP SENSOR) 單元14、溫度補(bǔ)償單元15、非易失性存儲(chǔ)器(nonvolatile memory, NVM)16、定電壓電源 17、高溫溫度傳感器單元(TEMP SENSOR for High Temp) 18，以及高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)(Load Capacitance ADJ for High Temp)單兀 19。
振蕩器的各個(gè)單元圖I
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器的各個(gè)單元將被詳細(xì)說明。自動(dòng)頻率控制單元11 調(diào)整來自AFC端輸入的外部參考信號(hào)的電壓，使此電壓成為目標(biāo)靈敏度，并輸出至振蕩器單元12。
振蕩器單元12耦接晶體共振器2，以及利用自動(dòng)頻率控制單元11來的信號(hào)執(zhí)行控制動(dòng)作以輸出目標(biāo)頻率。此外，利用從頻率/溫度傳感器單元15輸出的溫度補(bǔ)償電壓Vl 執(zhí)行溫度補(bǔ)償。再者，利用溫度補(bǔ)償電壓V2調(diào)節(jié)高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19的高溫負(fù)載電容值來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。因此，不像前述現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器單元，振蕩器單元12具有能調(diào)節(jié)高溫負(fù)載電容值的結(jié)構(gòu)，以致負(fù)載電容值能根據(jù)溫度補(bǔ)償電壓V2的輸入來改變。
也就是說，在一般溫度范圍中(例如，-40°C至+85°C )，利用基于溫度傳感器單元 15的溫度補(bǔ)償電壓Vl而定的電壓來執(zhí)行溫度補(bǔ)償，在高溫范圍中(例如，+86°C至+105°C ) 除了利用溫度補(bǔ)償電壓Vl外，更利用根據(jù)高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19的溫度補(bǔ)償電壓V2而定的電壓來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。
輸出緩沖器單元13放大(或緩沖)來自振蕩器單元12的振蕩信號(hào)，并且輸出至輸出端(OUT terminal)。在此，輸出緩沖器單元13、晶體共振器2，以及振蕩器單元12組成電壓控制晶體振蕩器(voltage-controlled crystal oscillator, VCX0)。
溫度傳感器單元14量測(cè)晶體共振器2的周遭溫度并且輸出溫度量測(cè)值至溫度傳感器單元15。溫度傳感器單元15是用以產(chǎn)生一種功能機(jī)制的電路。溫度補(bǔ)償單元15讀取儲(chǔ)存于非易失性存儲(chǔ)器16中用以溫度補(bǔ)償?shù)膮?shù)，并依據(jù)參數(shù)與從溫度傳感器單元14輸入的溫度量測(cè)值執(zhí)行計(jì)算，以及輸出溫度補(bǔ)償電壓Vl至振蕩器單元12。
非易失性存儲(chǔ)器16儲(chǔ)存溫度補(bǔ)償單元15中用在計(jì)算流程的溫度補(bǔ)償參數(shù)。可以注意到，參數(shù)會(huì)根據(jù)振蕩器的特性任意的改變。定電壓電源17對(duì)于外部電壓的電壓變化產(chǎn)生定電壓，以穩(wěn)定的操作振蕩器。
高溫溫度傳感器單元18是一個(gè)能操作于高溫(例如，85°C或更高)中的溫度感測(cè)電路。高溫溫度傳感器單元18量測(cè)晶體共振器的周遭溫度，以及輸出量測(cè)溫度值至高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19。高溫溫度傳感器單元18會(huì)代替溫度傳感器單元14。然而，如果使用相同功率電壓于其所應(yīng)用的一寬闊的溫度范圍中，量測(cè)準(zhǔn)確度在一般的溫度下是降低的。因此，為了改善高溫區(qū)域中的量測(cè)準(zhǔn)確度，使用專門于高溫的溫度感測(cè)電路是更佳的。
高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19輸出對(duì)應(yīng)于高溫溫度傳感器單元18所量測(cè)的溫度值的溫度補(bǔ)償電壓V2至振蕩器單元12，為了調(diào)整高溫負(fù)載電容，高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19依據(jù)從高溫溫度傳感器單元18輸入的量測(cè)溫度值來計(jì)算出溫度補(bǔ)償電壓V2的數(shù)值。然而，與溫度補(bǔ)償單元15類似，高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19會(huì)藉由從非易失性存儲(chǔ)器16讀取高溫的溫度補(bǔ)償參數(shù)來執(zhí)行計(jì)算程序。因?yàn)閮?chǔ)存于非易失性存儲(chǔ)器16的參數(shù)可以依據(jù)振蕩器的特性來改變，高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19更可以從非易失性存儲(chǔ)器16讀取溫度補(bǔ)償參數(shù)，然后使用此參數(shù)來計(jì)算，而此將賦予廣泛的使用性。
振蕩器的電路圖2
接著，將參照?qǐng)D2說明根據(jù)圖I中本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器的電路。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器所顯示的電路圖。請(qǐng)比較圖I與圖2的振蕩器，晶體共振器2 相當(dāng)于晶體共振器X，而輸出緩沖器單元13相當(dāng)于緩沖器32與33、電阻R3、以及電容C3。
此外，振蕩器單元12相當(dāng)于反向器集成電路31、電阻Rf、Rl與R2、電容Cl與C2， 以及第一與第二可變電容二極管VDl與VD2。調(diào)節(jié)高溫負(fù)載電容的配置相當(dāng)于電容C4與 C5、電阻R4與R5，以及第三與第四可變電容二極管VD3與VD4。反向器集成電路31為一個(gè)輸出反向輸入信號(hào)的振蕩集成電路。
可得知圖I中的自動(dòng)頻率控制單元11與定電壓電源17省略于圖2中，而從自動(dòng)頻率控制單元11的輸出為圖2的端點(diǎn)VlT的部份電壓的輸入。
振蕩器中電路連結(jié)關(guān)系
接著，將說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器的電路連結(jié)關(guān)系。首先，在振蕩器單元12中，反向器集成電路31的輸入與輸出端耦接晶體共振器X的兩端，而電阻Rf并聯(lián)耦接晶體共振器X。電容C I的一端耦接反向器集成電路31的輸入端，而其另一端因此耦接第一可變電容二極管VDl的一端。第一可變電容二極管VDl的另一端接地。此外，電容C4 的一端耦接反向器集成電路的輸入端，而其另一端因此耦接第三可變電容二極管VD3的一端，第三可變電容二極管VD3的另一端接地。
電容C2的一端耦接反向器集成電路31的輸出端，而其另一端因此耦接第二可變電容二極管VD2的一端。第二可變電容二極管VD2的另一端接地。此外，電容C5的一端耦接反向器集成電路31的輸出端，而其另一端因此耦接第四可變電容二極管VD4的一端。第四可變電容二極管VD4的另一端接地。再者，電容C3串聯(lián)耦接反向器集成電路31的輸出端，而緩沖器32與33經(jīng)由電容C3串聯(lián)耦接至輸出端(Fout)?？梢宰⒁獾降氖?，緩沖器32 的輸出經(jīng)由電阻R3反饋至緩沖器32的輸入端。
此外，電容Cl的另一端經(jīng)由電阻Rl耦接端點(diǎn)V1T，而電容C2的另一端也經(jīng)由電阻R2耦接端點(diǎn)V1T。溫度補(bǔ)償單元15的輸出端耦接端點(diǎn)V1T，而溫度補(bǔ)償單元15必須要耦接非易失性存儲(chǔ)器16，因此才可以輸入從溫度傳感器單元14來的量測(cè)溫度。
電容C4的另一端經(jīng)由電阻R4耦接端點(diǎn)V2T，而電容C5的另一端也經(jīng)由電阻R5耦接端點(diǎn)V2T。此外，高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19的輸出端耦接端點(diǎn)V2T，以致于高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19接收高溫溫度傳感器單元18的高溫量測(cè)溫度。
振蕩器電路的操作
一般溫度范圍
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中的振蕩器電路的操作，在一般溫度范圍中(例如，-40°C 至+85)由溫度傳感器單元14所量測(cè)的溫度值輸入至溫度傳感器單元15，據(jù)以計(jì)算溫度補(bǔ)償電壓的數(shù)值，而溫度補(bǔ)償電壓Vl輸出至端點(diǎn)V1T。
從自動(dòng)頻率控制單元11來的信號(hào)輸入至端點(diǎn)V1T，而溫度補(bǔ)償電壓Vl也被加入至此。第一與第二可變電容二極管VDl與VD2的電容值依據(jù)自動(dòng)頻率控制單元11的信號(hào)與經(jīng)由電阻Rl與R2的溫度補(bǔ)償電壓Vl而改變，以致于反向器集成電路31執(zhí)行振蕩操作。
高溫區(qū)域
在高溫區(qū)域中(例如，+86°C至+105°C )，溫度傳感器單元14與溫度補(bǔ)償單元15 繼續(xù)操作著。此外，高溫溫度傳感器單元18與高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19對(duì)于一高溫區(qū)域開始操作以輸出溫度補(bǔ)償電壓V2至端點(diǎn)V2T。
然后，第三與第四可變電容二極管VD3與VD4的電容值經(jīng)由電阻R4與R5改變，進(jìn)而改變負(fù)載電容值。負(fù)載電容值依據(jù)高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19的溫度補(bǔ)償電壓V2值而改變，以及由高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19來調(diào)整。具體來說，在高溫區(qū)域中藉由漸漸的降低溫度補(bǔ)償電壓V2與漸漸的升高高溫負(fù)載來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。
因?yàn)楦邷刎?fù)載電容建立于振蕩器單元12內(nèi)，所以有可能執(zhí)行高溫區(qū)域中的溫度補(bǔ)償。因此，就有可能實(shí)現(xiàn)一種可以操作于寬廣溫度范圍中，且沒有增加電壓控制晶體振蕩器的靈敏度以及低成本的低噪聲溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器。
振蕩器電路中溫度補(bǔ)償?shù)睦訄D3
參照?qǐng)D3A至3B說明本發(fā)明的一實(shí)施例的振蕩器電路的溫度補(bǔ)償?shù)睦?。圖3A 至3E顯示為振蕩器電路中溫度補(bǔ)償?shù)睦拥恼f明圖。橫坐標(biāo)表示為溫度(Temp)，圖3A與 3E的縱坐標(biāo)表示為頻率特性，而圖3B、3C與3D的縱坐標(biāo)表示為電壓特性。圖3A顯示說明無溫度補(bǔ)償?shù)恼袷庮l率的特性。此特性為一種依據(jù)晶體共振器與振蕩器電路的溫度特性的頻率特性。
圖3B顯示說明理想溫度補(bǔ)償電壓Vl的電壓特性，而圖3C顯示說明現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償電壓Vl的電壓特性。圖3D顯示說明負(fù)載電容值修正電壓V2的電壓特性，而圖3E顯示說明振蕩器電路中溫度補(bǔ)償后的振蕩頻率Fout的特性。
高溫度區(qū)域中，雖然產(chǎn)生偏差于圖3B理想溫度補(bǔ)償電壓的電壓特性與圖3C現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償電壓的電壓特性間，但此偏差可以利用圖3D中負(fù)載電容修正電壓V2的電壓特性來移除。因此，如果把圖3C現(xiàn)實(shí)溫度補(bǔ)償電壓的電壓特性與圖3D中負(fù)載電容修正電壓V2 的電壓特性運(yùn)用于圖3A中無溫度補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂凭w振蕩器的振蕩頻率，在振蕩器電路的溫度補(bǔ)償后的振蕩頻率如圖3E所示將幾近平坦。也就是說，可以推斷出溫度補(bǔ)償即使在高溫區(qū)域中依然正常的執(zhí)行。
雖然此處揭示的振蕩器有外部參考信號(hào)輸入的設(shè)置，但本發(fā)明可應(yīng)用于沒有利用外部參考信號(hào)且依據(jù)內(nèi)部電壓操作的振蕩器。在此例中，振蕩器電路I沒有自動(dòng)頻率控制911。另外，雖然在本發(fā)明的實(shí)施例中使用可變電容二極管為可變電容元件，但金屬氧化半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor, M0S)的可變電容元件也可以被使用在此。
上述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器更包括高溫溫度傳感器單元用以量測(cè)超出特定溫度范圍的高溫區(qū)域中的溫度，并輸出量測(cè)溫度至高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元。
上述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器中，在超出特定溫度范圍的高溫區(qū)域中，高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元操作以漸漸的增加振蕩器單元的第三與第四可變電容元件的電容值。
上述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器中，第一可變電容元件的一端耦接設(shè)置于振蕩集成電路輸入端的第一電容的一端，第一可變電容兀件的另一端接地。第二可變電容兀件的一端耦接設(shè)置于振蕩集成電路輸出端的第二電容的一端，第二可變電容元件的另一端接地。 第一電阻的一端稱接于第一可變電容兀件的一端與第一電容的一端的間，第二電阻的一端耦接于第二可變電容元件的一端與第二電容的一端的間，第一電阻的另一端與第二電阻的另一端耦接至一連結(jié)點(diǎn)，來自溫度補(bǔ)償單元的第一電壓輸入至此連結(jié)點(diǎn)。
上述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器中，第三可變電容元件的一端耦接設(shè)置在振蕩集成電路輸入端的第三電容的一端， 第三可變電容元件的另一端接地，第四可變電容元件的一端耦接設(shè)置在振蕩集成電路輸出端的第四電容的一端，第四可變電容元件的另一端接地， 第三電阻的一端稱接于第三可變電容兀件的一端與第三電容的一端的間，第四電阻的一端耦接于第四可變電容元件的一端與第四電容的一端的間，第三電阻的另一端與第四電阻的另一端耦接至一連結(jié)點(diǎn)，而來自高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元的第二電壓輸入至此連結(jié)點(diǎn)。
實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)本發(fā)明，溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器包括振蕩器電路，而振蕩器電路具有下列單元溫度傳感器單元，量測(cè)晶體共振器的周圍溫度；溫度補(bǔ)償單元，對(duì)溫度補(bǔ)償依據(jù)量測(cè)溫度輸出第一電壓；高溫負(fù)載電容調(diào)整單元，依據(jù)在超出特定溫度范圍的高溫區(qū)域中所量測(cè)的溫度來輸出用以溫度補(bǔ)償?shù)牡诙妷?；振蕩器單元，具有在特定溫度范圍中用來溫度補(bǔ)償?shù)牡谝慌c第二可變電容元件，以及在高溫區(qū)域中用來溫度補(bǔ)償?shù)牡谌c第四可變電容元件；振蕩集成電路(1C)，耦接晶體共振器來執(zhí)行振蕩操作，以致利用第一電壓來執(zhí)行溫度補(bǔ)償，且在高溫區(qū)域中也利用第二電壓來執(zhí)行溫度補(bǔ)償；以及緩沖器，其放大從振蕩器單元來的輸出。因此，就可能在高溫中即使沒有增加電壓控制晶體振蕩器的電壓控制靈敏度依然可改善溫度補(bǔ)償精確度。
此處揭示的振蕩器在振蕩器單元12中藉由操作溫度傳感器單元14與溫度補(bǔ)償單元15于一般溫度范圍中來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。然而，在超出一般溫度范圍的高溫區(qū)域中，振蕩器單元12的高溫溫度補(bǔ)償藉由除了操作溫度傳感器單元14與溫度補(bǔ)償單元15外，更操作高溫溫度傳感器單元18與高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元19來執(zhí)行溫度補(bǔ)償。因此，就可以提供一種低噪聲溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，此低成本的振蕩器能在不增加電壓控制晶體振蕩器的控制靈敏度的情形下，操作于寬廣的溫度范圍中。
本發(fā)明可應(yīng)用于低噪聲溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，此振蕩器即使在高溫中不增加電壓控制晶體振蕩器的控制靈敏度仍然可以改善溫度補(bǔ)償?shù)木_度。
已在前述說明書中描述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實(shí)施例以及操作模式。然而，希望受到保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)解釋為限于所揭示的特定實(shí)施例。此外，本文所述的實(shí)施例應(yīng)視為說明性而非限制性的。在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可由他人作出變化以及改變，且可采用等效物，此些變化皆屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，包括晶體共振器；以及振蕩器電路，用以執(zhí)行溫度補(bǔ)償，該振蕩器電路包括溫度傳感器單元，量測(cè)該晶體共振器周遭的溫度；溫度補(bǔ)償單元，依據(jù)所量測(cè)的溫度而輸出用以補(bǔ)償溫度的第一電壓；高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元，依據(jù)超出特定溫度范圍的高溫區(qū)域中所量測(cè)的溫度而輸出用以補(bǔ)償溫度的第二電壓；振蕩器單元，具有在該特定溫度范圍中用以補(bǔ)償溫度的第一與一第二可變電容元件、 在該高溫區(qū)域中用以補(bǔ)償溫度的第三與第四可變電容元件，以及耦接該晶體共振器以執(zhí)行振蕩操作的振蕩集成電路，以致利用該第一電壓執(zhí)行溫度補(bǔ)償，并且也在該高溫區(qū)域中利用該第二電壓執(zhí)行溫度補(bǔ)償；以及緩沖器，放大從該振蕩器單元來的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，更包括高溫溫度傳感器單元，用以量測(cè)超出該特定溫度范圍的該高溫區(qū)域中的該溫度，以及輸出所量測(cè)的該溫度至該高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元在超出該特定溫度范圍的該高溫區(qū)域中操作以漸漸的增加該振蕩器單元的該第三與該第四可變電容元件的電容值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元在超出該特定溫度范圍的該高溫區(qū)域中操作以漸漸的增加該振蕩器單元的該第三與該第四可變電容元件的電容值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該第一可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸入端的第一電容的一端，該第一可變電容元件的另一端接地，該第二可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸出端的第二電容的一端， 該第二可變電容兀件的另一端接地，第一電阻的一端稱接于該第一可變電容兀件的一端與該第一電容的一端之間，第二電阻的一端稱接于該第二可變電容兀件的一端與該第二電容的一端之間，該第一電阻的另一端與該第二電阻的另一端耦接于第一連結(jié)點(diǎn)，而從該溫度補(bǔ)償單元來的該第一電壓輸入至該第一連結(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該第一可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸入端的第一電容的一端，該第一可變電容元件的另一端接地，該第二可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸出端的第二電容的一端， 該第二可變電容兀件的另一端接地，第一電阻的一端稱接于該第一可變電容兀件的一端與該第一電容的一端之間，第二電阻的一端稱接于該第二可變電容兀件的一端與該第二電容的一端之間，該第一電阻的另一端與該第二電阻的另一端耦接于第一連結(jié)點(diǎn)，而從該溫度補(bǔ)償單元來的該第一電壓輸入至該第一連結(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該第一可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸入端的第一電容的一端，該第一可變電容元件的另一端接地，該第二可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸出端的第二電容的一端，該第二可變電容兀件的另一端接地，第一電阻的一端稱接于該第一可變電容兀件的一端與該第一電容的一端之間，第二電阻的一端稱接于該第二可變電容兀件的一端與該第二電容的一端之間，該第一電阻的另一端與該第二電阻的另一端耦接于第一連結(jié)點(diǎn)，而從該溫度補(bǔ)償單元來的該第一電壓輸入至該第一連結(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該第一可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸入端的第一電容的一端，該第一可變電容元件的另一端接地，該第二可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸出端的第二電容的一端， 該第二可變電容兀件的另一端接地，第一電阻的一端稱接于該第一可變電容兀件的一端與該第一電容的一端之間，第二電阻的一端稱接于該第二可變電容兀件的一端與該第二電容的一端之間，該第一電阻的另一端與該第二電阻的另一端耦接于第一連結(jié)點(diǎn)，而從該溫度補(bǔ)償單元來的該第一電壓輸入至該第一連結(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一所述的溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，其中該第三可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸入端的第三電容的一端，該第三可變電容元件的另一端接地，該第四可變電容元件的一端耦接設(shè)置于該振蕩集成電路的輸出端的第四電容的一端，該第四可變電容元件的另一端接地，第三電阻的一端耦接于該第三可變電容元件的一端與該第三電容的一端之間，第四電阻的一端I禹接于該第四可變電容兀件的一端與該第四電容的一端之間，該第三電阻與該第四電阻的另一端耦接至第二連結(jié)點(diǎn)，而該高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元來的該第二電壓輸入至該第二連結(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器，包括晶體共振器與執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)恼袷幤麟娐?。振蕩器電路包括溫度傳感器單元、溫度補(bǔ)償單元、高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元、振蕩器單元與緩沖器。溫度傳感器單元量測(cè)晶體共振器的周遭溫度。溫度補(bǔ)償單元依據(jù)量測(cè)溫度輸出第一電壓。高溫負(fù)載電容調(diào)節(jié)單元依據(jù)超過特定溫度范圍的高溫區(qū)域中的量測(cè)溫度輸出第二電壓。振蕩器單元包括特定溫度范圍中用以補(bǔ)償溫度的第一與第二可變電容元件、高溫區(qū)域中用以補(bǔ)償溫度的第三與第四可變電容元件與連接至晶體共振器以執(zhí)行振蕩操作的振蕩集成電路。緩沖器放大振蕩器單元的輸出。
文檔編號(hào)H03B5/04GK102931912SQ20121028279
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者淺村文雄 申請(qǐng)人:日本電波工業(yè)株式會(huì)社