專利名稱：改進的數(shù)字溫度補償壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及壓控振蕩器電路，例如采用壓電晶體的壓控振蕩器電路。本發(fā)明尤其涉及壓控振蕩器的數(shù)字控制，以便根據(jù)相應(yīng)信道的操作者選擇產(chǎn)生振蕩頻率，相對于溫度變化和影響頻率的其它因素穩(wěn)定了該振蕩頻率。
美國專利4746879公開了數(shù)字溫度補償控制振蕩器(DTCCO)。本發(fā)明通過增加根據(jù)相應(yīng)信道的操作者選擇把DTCCO調(diào)諧至選定頻率的功能來改進這種DTCCO，設(shè)有給這種DTCCO增加附加的硬件或部件，不同于進入信道選擇的裝置。就是說，本發(fā)明把選擇信道所需的必要信息存入微處理器的存儲器，最好用該必要信息來產(chǎn)生控制壓控蕩器所產(chǎn)生的頻率的必要電壓，該存儲器還包含必要的溫度補償數(shù)據(jù)。本發(fā)明的應(yīng)用包括在以下將進一步描述的“系列無線電業(yè)務(wù)(FRS)”本發(fā)明還可應(yīng)用于用數(shù)字溫度補償壓控振蕩器對其它信道，例如民用頻帶無線電設(shè)備、蜂窩電話、TVRO接收機等進行調(diào)諧。美國專利4746879在此被授引作為參為文獻。
“系列無線電業(yè)務(wù)(FRS)”是由美國政府的聯(lián)邦通信委員會(FCC)于1996年7月8日實行的。FCC修改了“專用無線電業(yè)務(wù)”的規(guī)則來確立FRS。具體來說，為FRS分配了如下一些信道頻率信道號(MHz)1 462.56252 462.58753 462.61254 462.63755 462.66256 462.68757 462.71258 467.56259 467.587510467.6125
11 467.637512 467.662513 467.687514 467.7125用壓電晶體、例如石英作為頻率標(biāo)準(zhǔn)是壓電現(xiàn)象在技術(shù)和商業(yè)方面的重要應(yīng)用。在市場上有各種壓電晶體器件、例如基于晶體的振蕩器電路，它們在精確頻率控制和定時的產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用是非常普遍的，依賴于諸如機械諧振器這樣的壓電晶體的通常很高的品質(zhì)因數(shù)。例如石英晶體因其極高的內(nèi)部品質(zhì)因數(shù)(即內(nèi)摩擦損耗一包括安裝損耗和空氣損耗-造成的品質(zhì)因數(shù))而被作為良好的頻率標(biāo)準(zhǔn)，該內(nèi)部品質(zhì)因數(shù)的值在約1MHz的頻率處大于107。此外，石英還具有其它良好性能，例如是低介電常數(shù)的電介質(zhì)，易于被切割和打擦。
壓電晶體振蕩器能夠在給定溫度下產(chǎn)生范圍很寬的精確頻率，但對于給定的振蕩器，當(dāng)作用于晶體的溫度在相對較大的范圍發(fā)生變化時，工作頻率會出現(xiàn)顯著的變化。雖然壓電晶體的頻率-溫度特性主要由晶面相對于石英的晶軸的切割角來確定并且可通過改變切割角在很寬的范圍內(nèi)改變零溫度系數(shù)的交點，但對于給定的切割角，振蕩頻率仍然顯著地依賴于溫度。
為了獲得更高的振蕩頻率穩(wěn)定性，使用烘箱控制振蕩器，把振蕩器的晶體單元和溫度敏感元件放置在其溫度被設(shè)定為晶體的翻轉(zhuǎn)溫度的穩(wěn)定的烘箱內(nèi)。這種烘箱控制振蕩器體積大，消耗額外的能量。此外，烘箱控制振蕩器正在通電后需約10分鐘才能穩(wěn)定下來。因為在預(yù)熱期間晶體內(nèi)的熱應(yīng)力的緣故，還出現(xiàn)顯著的頻率偏移，并且這種熱瞬態(tài)效應(yīng)會使晶體振蕩器通常的預(yù)熱時間比烘箱穩(wěn)定下來所需的時間長。
在工作溫度起伏很大時與振蕩器頻率偏移有關(guān)的問題在其它類型的壓控振蕩器中同樣很突出，限制了它們在頻率敏感場合的應(yīng)用。
利用溫度補償晶體振蕩器(TCXO)至少部分解決了上述問題中的某些問題，溫度補償晶體管有以下優(yōu)點在晶體振蕩器中，利用振蕩器電路給晶體單元提供了負(fù)載量，振蕩器工作在晶體單元的電抗抵消了負(fù)載電容器的容抗的頻率上。振蕩器的頻率依賴于振蕩器電路的負(fù)載電容，通過恰當(dāng)?shù)馗淖冐?fù)載電容可對晶體的頻率-溫度特性進行補償。一般來說，熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)形式的溫度傳感器的輸出信號被用來產(chǎn)生作用于變?nèi)荻O管的校正電壓，以便保持頻率穩(wěn)定。能夠在合理的溫度范圍內(nèi)提供高的頻率穩(wěn)定度的這種TCXO體積較小，消耗的功率比烘箱控制振蕩器的少，并不需要長的預(yù)熱時間。普通TCXO一般使用某種微調(diào)非線性模擬網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)根據(jù)溫度傳感器的輸入產(chǎn)生晶體振蕩器的控制電壓，在存在多重非線性和比例系數(shù)的情況下需要復(fù)雜的測量和微調(diào)算法。此外，模擬微調(diào)范圍有限，要采用昂貴和笨重的硬件。
影響晶體單元頻率穩(wěn)定性的另一因素是因晶體老化造成的緩慢變化。有各種原因可造成老化，例如由污物的吸附和解吸附造成的諸振器表面的物質(zhì)傳遞、在固定結(jié)構(gòu)內(nèi)的或在石英晶體和接觸晶體的電極之間的界面處的應(yīng)力釋放。雖然恒定溫度下觀察到的晶體老化通常遵循大體上對時間的對數(shù)依賴規(guī)律，并且每當(dāng)晶體溫度顯著變化，老化率隨時間的流逝而減小，所以在單元內(nèi)會出現(xiàn)穩(wěn)定，但會開始新的老化周期，并伴隨著相應(yīng)的頻率不穩(wěn)。
已有可應(yīng)用于頻率敏感場合的、能夠在出現(xiàn)溫度起伏和老化效應(yīng)的情況下提供頻率穩(wěn)定性的晶體，但由于需要潔凈的玻璃、金屬或陶瓷外殼和先進的表面清潔、封裝及超高真空制造技術(shù)，所以成本相當(dāng)高。這種晶體成本的增大和伴生的龐大的體積限制了它們在要求高的頻率穩(wěn)定度的大多數(shù)商業(yè)場合的應(yīng)用。某些已有的TCXO確實在有限的溫度范圍內(nèi)提供了相當(dāng)精確的輸出頻率(約±5ppm的變化)，但這些TCXO使用高精度晶體，因為高度準(zhǔn)確的切割角和封裝的精細(xì)的緣故，這些高精度晶體成本很高。
在蜂窩電話中用晶體振蕩器作為基準(zhǔn)模塊尤其要求晶體振蕩器的體積要非常小，以便使電話的尺寸可能小。此外，為了使蜂窩電話的操作符合嚴(yán)格的FCC要求，這種應(yīng)用所要求的頻率穩(wěn)定性很高。因此，每年必需對普通基于晶體振蕩器的蜂窩電話的振蕩器單元至少調(diào)整一次，以便把晶體老化造成的任何頻率不穩(wěn)考慮進去。
因此，需要能夠在寬的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出頻率的溫度補償振蕩器，這種振蕩器可被調(diào)諧至相應(yīng)于FRS信道的頻率，并且可低成本地產(chǎn)生，體積要小。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供改進的溫度補償振蕩器(TCO)，它可被調(diào)諧至相應(yīng)于選擇定信道的頻率，其頻率穩(wěn)定性得到提高，然而不需要高質(zhì)量、高成本的晶體單元。
本發(fā)明的相關(guān)目的是提供可被調(diào)諧至相應(yīng)于系列無線電業(yè)務(wù)(FRS)的信道的頻率的TCO。
本發(fā)明的另一相關(guān)目的是提供上述那種不需要在現(xiàn)場調(diào)校的TCO。
本發(fā)明的再一目的是提供上述那種在低功率和低電流消耗狀況下工作的TCO。
本發(fā)明的另一目的是提供上述那種在寬溫度范圍內(nèi)提高了頻率穩(wěn)定性的TCO。
本發(fā)明的再一目的是提供調(diào)校便利、具有廣泛自測試功能并且為了保持穩(wěn)定的振蕩器頻率不需要進行機械微調(diào)的TCO系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些及其它目的的實現(xiàn)是通過提供這樣一種TCO系統(tǒng)來實現(xiàn)的這種TCO系統(tǒng)能夠確定用來把壓控振蕩器(VCO)調(diào)諧至相應(yīng)于可選的一個或多個信道的頻率的電壓的合適數(shù)字值和在調(diào)校時的溫度補償調(diào)諧電壓的數(shù)字值，并把這些值存儲在基于EEPROM的查閱表內(nèi)。板上溫度檢測機構(gòu)跟蹤VCO的溫度變化并產(chǎn)生相應(yīng)于瞬時溫度的模擬電壓值。傳感器輸出的電壓值被數(shù)字化并被作為構(gòu)成基于EEPROM的查閱表的地址。信道選擇信息由EEPROM產(chǎn)生并被用作選擇相應(yīng)于發(fā)送或接收選定信道所需的頻率的數(shù)字信道電壓值。
隨著溫度的改變相應(yīng)地改變溫度傳感器的數(shù)字在輸出、由此改變了EEPROM的地址。從存儲在EEPROM表內(nèi)的值中提取相應(yīng)于表示被測溫度的地址的VCO溫度補償調(diào)諧電壓值、把其與選定的信道調(diào)諧電壓值組合、然后把它們變換為用來驅(qū)動壓控振蕩器(VCO)的相應(yīng)模擬電壓，以使保持被穩(wěn)定在接收或發(fā)送選定信道的頻率上的TCO的輸出頻率。
該TCO包括能夠集成大多數(shù)TCO功能的板上微處理器，這些TCO功能包括模-數(shù)和數(shù)-模變換以及把數(shù)據(jù)存入包含查閱表的EEPROM和從中檢索數(shù)據(jù)。TCO的微處理器控制對EEPROM表的存取，以便根據(jù)來自板上溫度傳感器的輸入產(chǎn)生要被傳送給TCO的正確調(diào)諧電壓。
因為能夠獨立地對溫度一頻率曲線上的每個點進行微調(diào)和檢驗，所以本發(fā)明的系統(tǒng)高效。此外，微調(diào)算法簡單并且是非交互的，微調(diào)本身是廉價的，因其只涉及根據(jù)作為調(diào)校過程的一部分被產(chǎn)生的測試值對EEPROM進行編程。
參看附圖閱讀以下描述可更好地明了本發(fā)明及其目的和優(yōu)點

圖1是表示本發(fā)明的系列無線電業(yè)務(wù)溫度補償壓控振蕩器系統(tǒng)的基本功能的方框圖；圖2是表示本發(fā)明的例示性溫度補償振蕩器的主要部件的更詳細(xì)的示意圖3是表示調(diào)諧電壓相對于溫度的假設(shè)實例的曲線；圖4是高頻(AT切割)晶體的溫度-頻率特性；圖5是陶瓷諧振器VCO單元的示意圖。
雖然將相對于某些最佳實施例對本發(fā)明進行描述，但應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明不受這些具體實施例的限制。相反地，本發(fā)明的所有替代方案、改進和等價物都被包括在權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
尤其要指出的是雖然相對于基于晶體的壓控振蕩器的數(shù)字頻率補償和控制對本發(fā)明的系統(tǒng)進行了描述，但對于大多數(shù)類型的用調(diào)諧電壓控制振蕩頻率的振蕩器都可有效地應(yīng)用本發(fā)明。
現(xiàn)在參看附圖、尤其參看圖1，該圖示出了本發(fā)明的一例示性TCO系統(tǒng)。該TCO系統(tǒng)10主要包括產(chǎn)生輸出頻率F0的壓控振蕩器(VCO)12。溫度檢測探頭14跟蹤VCO內(nèi)部的瞬時環(huán)境溫度，并與傳感器16一道產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電輸出。溫度傳感器16產(chǎn)生的模擬信號被模-數(shù)變換器(ADC)18變換為數(shù)字信號，模-數(shù)變換器(ADC)18又與可編程只讀存儲器(PROM)、最好是電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)20進行通信。該EEPROM最好位于普通CMOS微處理器22之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，EEPROM在其內(nèi)存儲了查閱表形式的用于VCO12的頻率(或信道)調(diào)諧電壓的一系列數(shù)字值。存儲在查閱表內(nèi)的每一數(shù)字值相應(yīng)于把VCO調(diào)諧至接收或發(fā)送一給定信道的頻率的電壓。為便于描述起見，相對于按照如上所述的頻率和信道號接收或發(fā)送系列無線電業(yè)務(wù)14個信道中的一個信道來描述本發(fā)明的操作。但是，應(yīng)認(rèn)識到還可用來接收例如民用頻帶、蜂窩電話、TVRU等的其它信道。大家都知道在接收機的場合中，該頻率將比上表示出的頻率高或低相應(yīng)于在接收機中使用的中頻IF的量。IF頻率通常是10.7MHz。因此，為了接收例如FRS信道1(462.5625MHz)，VCO將產(chǎn)生462.5652MHz±10.7MHz=473.2625MHz或451.8625MHz的頻率。EEPROM將提供相應(yīng)于合適電壓的數(shù)字值，以便不僅把VCO調(diào)諧至上述FRS頻率表中的頻率，而且把VCO調(diào)諧至比這些頻率高10.7MHz(或IF的任何其它值)的一組頻率。
為了檢索存儲在EEPROM20的查閱表內(nèi)的合適數(shù)字值，用信道地址輸入裝置或陣列21來產(chǎn)生相應(yīng)于每一個FRS信道的EEPROM信道信息。在圖1中，示出的陣列21是多個開關(guān)，根據(jù)利用恰當(dāng)?shù)牟僮髡呖墒褂玫倪x擇器裝置(未示出)作出的操作者信道選擇，可用這些開關(guān)產(chǎn)生FRS的14個信道的每一個信道的數(shù)字表示。以下的做法也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)提供選自14個FRS信道的單個硬連線信道，EEPROM存儲把VCO12調(diào)諧至相應(yīng)于每個信道的頻率的每個數(shù)字調(diào)諧電壓值。在多個信道的情況下一旦從信道選擇器地址輸入裝置21接收到合適的信道選擇信息，此PROM就用該數(shù)字信息作為尋址查閱表的地址，以便檢索其內(nèi)存儲的相應(yīng)的頻率調(diào)諧電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，EEPROM20存儲了查閱表形式的用于VCO12的溫度補償調(diào)諧電壓的一系列數(shù)字值。查閱表內(nèi)存儲的每一數(shù)字值相應(yīng)于VCO12在其應(yīng)用地域?qū)龅降恼麄€溫度起伏范圍內(nèi)的具體溫度值。對于在晶體振蕩器工作的特定溫度范圍內(nèi)的任一已知溫度值，查閱表內(nèi)存儲的相應(yīng)數(shù)字值就代表為了克服VCO輸出端處的頻率漂移，因此把輸出頻率維持在所希望的恒定值上而需要傳送給該VCO的溫度補償調(diào)諧電壓。
圖3表示14個FRS信道的一組假想的VCO調(diào)諧電壓一溫度曲線?？稍诒景l(fā)明的范圍內(nèi)為各種VCO產(chǎn)生其它電壓/溫度曲線。圖3是一假想實例，用來根據(jù)在此參看其它附圖所進行的說明進一步描述本發(fā)明的操作。
為了檢索存儲在查閱表內(nèi)的相應(yīng)的溫度補償調(diào)諧電壓值，本發(fā)明的系統(tǒng)用ADC18的數(shù)字化輸出作為查閱表的地址或索引。然后，組合檢索的頻率調(diào)諧電壓值和溫度補償電壓值并將它們傳送給數(shù)-模率換器(DAC)24，把組合的數(shù)字值變換為相應(yīng)的模擬信號，該模擬信號然后傳送給VCO12，把其輸出頻率維持在希望的頻率上。ADC、DAC以及可能的話還有溫度傳感器最好以TCO系統(tǒng)的微處理器為基礎(chǔ)。
把微處理器22作為TCO系統(tǒng)的一部分使該TCO更具靈活性，具有了以下將詳述的諸如自測試和自校準(zhǔn)這樣的各種能力。由于不需要隨溫度的變化監(jiān)測振蕩器的輸出頻率，所以本系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可幾乎即時地為VCO產(chǎn)生溫度補償調(diào)諧電壓。一旦VCO的溫度發(fā)生變化，保持輸出頻率在希望的恒定值上所需的相應(yīng)調(diào)諧電壓值就已可從查閱表中得到、可從中提取并傳送給VCO穩(wěn)定輸出頻率。
現(xiàn)在參看圖2，該圖是本發(fā)明的TCO的最佳實施例的更詳細(xì)的示意圖。如圖所示，TCO主要包括由與圖2的主系統(tǒng)電源連接的穩(wěn)壓器132供電的中央處理單元(CPU)130。穩(wěn)壓器132的輸出電壓V0提供給CPU130的電源點VD，不提供給構(gòu)成在中央處理單元內(nèi)部的ADC的一部分的一系列模-數(shù)變換點的一個。電壓V0通過由電阻R1和R2組成的分壓器提供，該分壓器是ADC的比率輸入端，產(chǎn)生實際上是該CPU的電源點VD處的電壓的百分比值的電壓值。系統(tǒng)電源電壓VCC也通過由電阻R3和R4組成的分壓器提供給模-數(shù)變換輸入點中的一個，該分壓器是ADC的比率輸入端，產(chǎn)生實際上是穩(wěn)壓器132的電源點VCC處的電壓的百分比值的電壓值。在正常操作和在實際校準(zhǔn)過程期間，系統(tǒng)電源產(chǎn)生的電壓被穩(wěn)壓，因此由R3和R4產(chǎn)生的ADC輸入可用作作為TCO的自測試的一部分的對穩(wěn)壓器132的輸出電壓V0進行比較和檢測的基準(zhǔn)。
在圖2的例示實施例中，TCO65具有位于CPU130外部的EEPROM134，它通過其輸入/輸出通道線與CPU通信。TCU的DAC是R-2R網(wǎng)絡(luò)136，它也通過其輸入/輸出通道線與CPU連接。R-2R網(wǎng)絡(luò)136的輸出傳送給TCO65的主壓控晶體振蕩器(VCO)138，被作為調(diào)整VCO138的輸出頻率的控制電壓。VCO由穩(wěn)壓器132的穩(wěn)壓輸出以及由主電源電壓Vcc提供電功率。
因為如以下將詳述的那樣，VCO138的調(diào)諧電壓輸入端具有振蕩器電路本身所固有的高阻抗，所以TCO的R-2R網(wǎng)絡(luò)130不需要通常與之相關(guān)聯(lián)的放大級。因為耗用電流較小，所以R-2R網(wǎng)絡(luò)的輸出可直接作為VCO的頻率補償調(diào)諧電壓。R-2R網(wǎng)絡(luò)具有一上拉電阻，用來把數(shù)-模變換器136的輸出電壓的范圍限制在TCO調(diào)諧范圍的線性部分之內(nèi)。如以下所詳述的，進一步分割R-2R網(wǎng)絡(luò)撮大輸出電壓范圍將實際上使DAC的有效分辨率提高一倍。
溫度傳感器140使TCO65具有溫度監(jiān)測功能，溫度傳感器140也由穩(wěn)壓器132供電，它產(chǎn)生相應(yīng)于在給定時刻檢測的溫度的模擬輸出電壓。溫度傳感器140的模擬輸出經(jīng)過合適的定標(biāo)及補償放大器(未示出)之后傳送給與TCO的CPU130在同一塊印制板上的模-數(shù)變換器，進行數(shù)字化而作進一步的處理。
TCO65的操作的基本序列以溫度傳感器140檢測VCO138的環(huán)境溫度和把該溫度轉(zhuǎn)換為電壓作為開始，該電壓被放大和補償來與CPU130在同一塊印制板上的ADC的輸入電壓范圍一致，這將在以下詳述。得到的電壓然后被該ADC變換為相應(yīng)的數(shù)字值。應(yīng)當(dāng)指出，該級中的EEPROM134存儲了相應(yīng)于在TCO的預(yù)期溫度起伏范圍內(nèi)的離散溫度值的溫度補償電壓值的查閱表，作為校正和測試過程的一部分。在實際現(xiàn)場使用期間，CPU130用溫度傳感器的數(shù)字在輸出作為對存儲在EEPROM134內(nèi)的查閱表的地址，提取把VCO138的輸出頻率維持在希望的預(yù)定值上所需的溫度補償電壓的相應(yīng)值。然后把數(shù)字形式的提取電壓值饋送給用R-2R網(wǎng)絡(luò)136表示的DAC，該DAC與DAC范圍選擇裝置一道把該提取電壓值變換為可用來控制VCO的輸出頻率的相應(yīng)模擬信號。
中央處理單元130包括一端口142，該端口142可如以上參看圖1所描述的那樣允許TCO與信道地址輸入裝置21進行通信。就是說，端口142可用來連接信道節(jié)目開關(guān)或其它信道地址輸入裝置21，把信道選擇信息傳送給CPU130，供PROM134在選擇選自FRS信道的某一信道的合適頻率調(diào)諧信息時使用。在圖2中，DAC136產(chǎn)生的模擬輸出電壓還反饋給與CPU130在同一塊印制板上的ADC的一個輸入端。把穩(wěn)壓器輸出VO和系統(tǒng)電源電壓Vcc連接至板上ADC為TCO提供了自測試通道，這是因為CPU可利用它們來作進一步的比較，確定它們的精度和穩(wěn)定性；這一特點是在TCO系統(tǒng)的印制板上設(shè)置中央處理單元所具有的許多優(yōu)點中的一個優(yōu)點。
CPU130還具有自測試線144，每當(dāng)TCO系統(tǒng)被初始加電，自測試線144就能夠發(fā)出表明預(yù)編程自測試呈序成功或失敗的指示。自測試程序通常包括確定CPU、EEPROM、板上ADC以及構(gòu)成DAC的R-2R網(wǎng)絡(luò)是否正常工作的測試。測試序列還可包括對EEPROM進行預(yù)檢，保證作為校準(zhǔn)過程一部分已在EEPROM內(nèi)恰當(dāng)?shù)卮鎯α嗽诨贓EPROM查閱表內(nèi)的全部被指定數(shù)據(jù)。例如，可根據(jù)涉及到存儲在查閱表內(nèi)的全部數(shù)據(jù)的和并將該和與預(yù)定校驗和作比較的校驗和檢測來對EEPROM進行測試。測試序列可進一步包括利用板上ADC把穩(wěn)壓器輸出與通常被穩(wěn)壓的系統(tǒng)電源電壓Vcc作比較來對穩(wěn)壓器輸出進行測試。此外，CPU本身的測試可通過檢測其是否能夠?qū)嶋H上執(zhí)行專門指定給其的測試來完成。這種自測試引線的設(shè)置向TCO系統(tǒng)提供了基本自測試功能，由于能夠通過檢測僅一條引線的輸出狀態(tài)不必遍歷復(fù)雜的串行協(xié)議來執(zhí)行簡化的自測試，所以省略復(fù)雜的串行端口對之無影響。
TCO具有“電力故障”電路148，該電路148檢測低于預(yù)定最小值的輸入電壓的任何下降，由此調(diào)整把其與CPU130和TCO的EEPROM134連接的一系列控制線。電力故障電路產(chǎn)生寫保護輸入Wp，該寫保護Wp在初始校準(zhǔn)或隨后的老化偏差校正期間利用寫啟動線We啟動或禁止數(shù)據(jù)寫入EEPROM134。Wp輸入被電力故障電路如此連通，即在低電壓狀況下禁止數(shù)據(jù)寫入EEPROM。Wp的狀態(tài)利用校準(zhǔn)和測試來控制或由主無線電設(shè)備來控制。
電力故障電路148還選通至TCO的微處理器的復(fù)位線一段長到足以保證微處理器正確復(fù)位的時間，該復(fù)位線在通電后或在出現(xiàn)了低電壓狀況后回復(fù)正常電壓后處于有效狀態(tài)。電路148控制不可屏蔽中斷(NMI)輸入端，每當(dāng)檢測到電力故障就把該輸入端置為有效，中斷微處理器，以便能夠執(zhí)行例如禁止VCO輸出、把自測線引線置為“故障”狀態(tài)這樣的恰當(dāng)操作。
TCO的CPU130還具有供在初始校準(zhǔn)序列期間使用的單獨的校準(zhǔn)允許(CALENABLE)輸入線。當(dāng)CALENABLE線處于有效狀態(tài)，同時寫保護輸入Wp也是有效，微處理器就開始把表示最佳補償調(diào)諧電壓值的數(shù)據(jù)存入EEPROM。在專門的導(dǎo)線上而不是作為一串行端口命令提供CALENABLE功能有以下優(yōu)點(ⅰ)防止了串行端口上的錯誤命令損壞EEPROM數(shù)據(jù)表，(ⅱ)把CALENABLE硬連接為無效狀態(tài)就可容易地防止對EEPROM數(shù)據(jù)表的修改。TCO的CPU130具有與VCO連接的DISABLE線，該線使CPU能夠在出現(xiàn)電力故障期間或在通電后的TCO穩(wěn)定期間禁止VCO輸出。如果發(fā)現(xiàn)VCO輸出頻率超出規(guī)定的范圍，就可由CPU利用外部產(chǎn)生的命令來使DISABLE有效。
如果TCO內(nèi)的EEPROM耗用的電流過大，可給其連接一晶體管開關(guān)(未示出)，用TCO的微處理器對其進行控制來選通電源或EEPROM的控制線，以便在EEPROM使用時才使其導(dǎo)通。
除了提供各種自測試和系統(tǒng)控制功能外，在TCO系統(tǒng)的同一塊印制板上設(shè)置中央處理單元顯著減少了作為TCO系統(tǒng)一部分的元件的數(shù)目。具體來說，中央處理單元實現(xiàn)了用串行EEPROM代替通常使用的并行雙極EEPROM或PROM，由此使20引線的并行EEPROM或PROMIC組件變成了8引線的串行EEPROMIC。CPU還不需要通常為18或20引線的IC的分立數(shù)-模變換器和模數(shù)變換器，這是因為板上微處理器提供了普通單個組件IC內(nèi)的大部分這些功能。實際上，雖然除余下的TCO電路外所示的實施例還采用了一微處理器，但通過使所有可能的功能都結(jié)合到處理系統(tǒng)內(nèi)，整個處理系統(tǒng)實際上得到了簡化，變得更緊湊和更經(jīng)濟。這就最終使采用了晶體振蕩器的設(shè)備達到了其最佳的形式。
此外，微處理器的使用能夠使用存儲容量顯著減小的EEPROM，這是由于可以不需要作為校準(zhǔn)過程一部分的記錄相應(yīng)于所有指定的溫度值的溫度補償電壓的值的緣故。相反地，可僅讀出預(yù)定溫度值下的值，微處理器的中央處理單元在讀出的值之間進行內(nèi)插來獲得相應(yīng)于其余溫度值的溫度補償電壓的值。由于能夠使用壓縮和擴展技術(shù)，微處理器還進一步減輕了存儲需求。
使用板上微處理器實現(xiàn)了的串行EEPROM的應(yīng)用提供了與并行雙極PROM相比顯著減小了TCO電路的電流消耗的優(yōu)點。此外，利用基站跟蹤包含TCO的主無線電設(shè)備的輸出和識別相對于預(yù)定值的任何頻率漂移，還能夠?qū)CO的輸出頻率進行遠(yuǎn)程監(jiān)測，然后向CPU傳送表示應(yīng)把合當(dāng)?shù)钠浦荡嫒隕EPROM并將其與從EEPROM查閱表取出的值相加來保持振蕩器的輸出頻率穩(wěn)定的指令。這種偏移調(diào)整或微調(diào)在防止通常因在TCO內(nèi)使用的晶體單元的正常老化造成的頻率漂移引成的問題方面特別有用。微處理器還在對輸出頻率的不斷的遠(yuǎn)程監(jiān)測顯示頻率漂移超出預(yù)定可允許范圍時起到一種禁止VCO輸出的簡單和方便的裝置的作用，不必使用附加的跟蹤和延遲電路。這一禁止特點在防止TCO系統(tǒng)被加電和經(jīng)歷預(yù)熱階段時因TCO的穩(wěn)定時間引起的問題方面特別有用?？蓪CO輸出禁止一段長到足以使TCO在加電后能穩(wěn)定下來的時間(例如10秒)。
圖4表示高頻(AT-切割)晶體的一些典型的溫度-頻率特性。一般來說，在一定的溫度范圍內(nèi)以百萬分之一(ppm)為單位的頻率漂移越小，晶體就越昂貴。例如，在-20℃至+50℃的范圍內(nèi)僅有±2.5ppm的頻率漂移的晶體就相當(dāng)昂貴(例如美元0.5元)。相反地，在同一溫度范圍內(nèi)有±20ppm頻率漂移的晶體就不那么昂貴，而只是較昂貴晶體價錢的幾分之一(例如美元0.3元)。
圖5表示采用陶瓷諧振器的相當(dāng)?shù)统杀镜膲嚎卣袷幤麟娐?Vcc)?？紤]到本發(fā)明給出的溫度補償，根據(jù)本發(fā)明，圖5的VCO可得到有利的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1．能夠精確地產(chǎn)生供執(zhí)行至少一個信道的發(fā)送和接收或兩者之一用的頻率的溫度補償振蕩器(TCO)，該頻率在選定的溫度范圍之內(nèi)得到穩(wěn)定，所述TCO包括工作頻率可由模擬調(diào)諧電壓Vc控制的壓控振蕩器(VCO)；控制VCO的環(huán)境溫度并產(chǎn)生相應(yīng)模擬電信號的變換器；把所述模擬信號變換為相應(yīng)數(shù)字溫度值的ADC裝置；產(chǎn)生相應(yīng)于至少一個信道的信道信息的信道地址裝置；存儲裝置，存儲至少一個相應(yīng)于供執(zhí)行所述FRS信道組中的至少一個信道的發(fā)送和接收或兩者之一用的頻率的信道數(shù)字電壓值，還存儲相應(yīng)于在所述選定溫度范圍內(nèi)的一些離散溫度點的所述數(shù)字溫度值的多個溫度數(shù)字電壓值；處理器裝置，利用所述信道信息和所述數(shù)字溫度值作為索引，從所述存儲裝置中提取并組合相應(yīng)的信道和溫度數(shù)字電壓值，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字Vc值；以及DAC裝置，與所述處理器裝置和所述VCO連接，把數(shù)字Vc值變換為相應(yīng)的模擬調(diào)諧電壓Vc并將該模擬Vc信號饋送給所述VCO，以維持所述被穩(wěn)定的工作頻率。
2．權(quán)利要求1的TCO，其中所述信道地址裝置包括產(chǎn)生相應(yīng)于多個信道的每一個的信道信息的裝置，其中所述存儲裝置存儲相應(yīng)于供執(zhí)行所述多個信道的每一個的發(fā)送和接收或兩者之一一用的頻率的多個信道數(shù)字電壓值。
3．權(quán)利要求2的TCO，其中多個信道包括系列無線電業(yè)務(wù)(FRS)的信道。
4．權(quán)利要求1的TCO，其中所述用數(shù)字溫度值來提取數(shù)字Vc值的裝置包括微處理器。
5．權(quán)利要求1的TCO，其中所述存儲裝置是可編程只讀存儲器(PROM)。
6．權(quán)利要求4的TCO，其中所述存儲裝置是可編程只讀存儲器(PROM)。
7．權(quán)利要求6的TCO，其中所述PROM是微處理器的一部分。
8．權(quán)利要求1的TCO，其中所述VCO是基于晶體的壓控振蕩器。
9．利要求4的TCO，其中所述ADC和所述DAC裝置是微處理器的一部分。
10．權(quán)利要求1的TCO，其中每一個所述數(shù)字Vc值代表為了把VCO的工作頻率維持在至少一個信道的頻率上而需要在相應(yīng)的檢測溫度下要被傳送該VCO的調(diào)諧電壓。
11．權(quán)利要求5的TCO，其中所述PROM是電可擦PROM(EEPROM)。
12．權(quán)利要求2的TCO，還包括操作者選擇裝置，用來逐個選擇所述多個信道的每一個。
13．權(quán)利要求3的TCO，還包括操作者選擇裝置，用來逐個選擇所述多個信道的每一個。
14．權(quán)利要求1的TCO，所述VCO是陶瓷諧振器VCO。
15．把壓控振蕩器(VCO)的輸出頻率穩(wěn)定在用于在選定溫度范圍內(nèi)發(fā)射或接收操作者選定的信道的頻率上的方法，包括以下步驟如此地數(shù)字化并存儲相應(yīng)于用于發(fā)射或接收在所述FRS組內(nèi)的信道的頻率的多個調(diào)諧電壓Vt值，即隨后能利用相應(yīng)的信道信息對它們進行檢索；在所述溫度范圍內(nèi)的由相應(yīng)數(shù)字溫度值表示的一系列離散溫度值上確定調(diào)諧電壓Vt的溫度校正值VTC，該溫度校正值VTC是為了把所述VCO的輸出頻率穩(wěn)定在用于發(fā)射或接收操作者選定信道的所述頻率上所需的；如此地數(shù)字化并存儲所述被確定的VTC值，即事能夠利用相應(yīng)的數(shù)字溫度值作為索引來對它們進行檢索；在VCO操作期間檢測并數(shù)字化其環(huán)境溫度；產(chǎn)生相應(yīng)于操作者選定頻率的信道信息；利用該信道信息檢索相應(yīng)的存儲的數(shù)字Vt值；利用檢測的數(shù)字溫度值作為索引來檢測相應(yīng)的存儲的數(shù)字VTC值；組合檢索的Vt和VTC值來產(chǎn)生數(shù)字Vc值；把該數(shù)字Vc值變換為其相應(yīng)的模擬電壓形式；以及把該模擬調(diào)諧電壓傳送給VCO，以把其輸出頻率維持在所希望的值上。
16．權(quán)利要求15的方法，其中調(diào)諧電壓值和溫度校正值被存儲在可編程只讀存儲器(PROM)內(nèi)，存儲及檢索通過處理器來執(zhí)行。
17．權(quán)利要求15的方法，其中調(diào)諧電壓值和溫度校正值被存儲在電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)內(nèi)。
全文摘要
一種能夠以基于EEPROM查閱表形式存儲壓控振蕩器的溫度校正數(shù)字值的數(shù)字溫度補償振蕩器(TCO)系統(tǒng),板上溫度檢測機構(gòu)跟蹤TCO的溫度變化,產(chǎn)生相應(yīng)于瞬時溫度的模擬電壓值。溫度傳感器輸出的電壓值被數(shù)字化并被用來構(gòu)成基于EEPROM查閱表的地址。隨溫度的變化相應(yīng)地改變輸出,由此改變EEPROM地址。該EEPROM還包括把VCO調(diào)諧至用于發(fā)射或接收一個頻率的數(shù)字化信道調(diào)諧電壓值的查閱表。TCO包括微處理器,集中若干種TCO功能,如數(shù)－模及模－數(shù)變換,以及包含查閱表的EEPROM的數(shù)據(jù)的存儲及檢索。
文檔編號H03L1/02GK1232320SQ9812718
公開日1999年10月20日 申請日期1998年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月16日
發(fā)明者馬約翰, 阮適慶 申請人:馬約翰, 阮適慶