一种晶体振荡器系统、晶体振荡器频率校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种晶体振荡器系统、晶体振荡器频率校准装置及方法。所述具有频率自校准功能的晶体振荡器系统包括晶体振荡器、晶体振荡器驱动模块、外接电容、控制模块、电容匹配模块以及负载电容测量模块；外接电容一端与晶体振荡器连接，另一端接地；电容匹配模块与外接电容连接，提供一个并联电容给外接电容，外接电容与并联电容一起构成负载电容；负载电容测量模块测量负载电容，并将负载电容测量结果发送给控制模块；控制模块与电容匹配模块连接，根据负载电容测量结果调整电容匹配模块输出的并联电容数值，使负载电容与给定的目标值相等。本发明专利技术可以将晶体振荡器的振荡频率一次校准到位。

A crystal oscillator system, frequency calibration device and method for crystal oscillator

The invention discloses a crystal oscillator system, a crystal oscillator frequency calibration device and a method. The self calibration function with frequency crystal oscillator system including crystal oscillator, crystal oscillator drive module, control module, external capacitor, capacitance matching module and load capacitance measurement module; the external capacitor is connected with the crystal oscillator, the other end is grounded; capacitance matching module and an external capacitor connected with a shunt capacitor give the external capacitance, capacitance and shunt capacitor together constitute the load capacitance; load capacitance measurement module measuring load capacitance, and the load capacitance measurement results are transmitted to the control module; the control module and the capacitance matching module connected parallel capacitance measurement based on the numerical results to adjust the output capacitance matching module, and the load capacitance is given the target values are equal. The invention can calibrate the oscillating frequency of the crystal oscillator in place at one time.

【技术实现步骤摘要】
一种晶体振荡器系统、晶体振荡器频率校准装置及方法
本专利技术涉及晶体振荡器
，尤其涉及一种晶体振荡器系统、晶体振荡器频率校准装置及方法。
技术介绍
时钟信号是具有固定频率的信号，是时序逻辑的基础，可以决定逻辑单元中的状态何时更新，因此数字信号必须在时钟信号的控制下才能进行精确地运算。一般地，时钟信号由振荡器产生。振荡器按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器等。晶体振荡器因为具有高精度和高稳定度的性能，被广泛应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等
为了获得固定频率的时钟信号，必须对晶体振荡器的振荡频率进行校准。现有的晶体振荡器常采用两种方法进行频率校准：(1)直接测量晶体振荡器频率，然后采用频率校准模块调节晶体振荡器频率，这种方法对频率校准模块的精度要求很高，而且频率校准模块的结构很复杂；(2)测量晶体振荡器频率，调节晶体振荡器内部电容、电阻等器件，直到晶体振荡器的输出频率达到目标值，这种方法往往需要多次调整才能使晶体晶体振荡器的输出频率达到目标值，不能一次调整到位。晶体振荡器的振荡频率与负载电容CL有关，负载电容CL的值由晶体振荡器制造商给出。当晶体振荡器的负载电容CL与晶体振荡器制造商给定的电容值保持相同时，晶体振荡器的振荡频率与标定的频率相等且保持不变。通过将负载电容CL调整到晶体振荡器制造商给定的电容值，即可实现晶体振荡器频率与晶体振荡器制造商给定的频率值相等。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的旨在提供一种具有频率自校准功能的晶体振荡器系统。为了实现本专利技术的第一个目的，本专利技术采取了如下的技术方案：一种具有频率自校准功能的晶体振荡器系统，包括晶体振荡器、晶体振荡器驱动模块以及外接电容；晶体振荡器驱动模块与晶体振荡器连接，提供偏置电压驱动晶体振荡器起振并维持振荡；外接电容一端与晶体振荡器连接，另一端接地；其特征在于：所述晶体振荡器系统还包括控制模块、电容匹配模块、负载电容测量模块；所述电容匹配模块与外接电容连接；所述电容匹配模块提供一个并联电容给外接电容；所述并联电容与外接电容组成负载电容；所述控制模块与负载电容测量模块、电容匹配模块连接；所述控制模块控制负载电容测量模块测量负载电容；所述负载电容测量模块将负载电容测量结果发送给控制模块；所述控制模块调整电容匹配模块输出的并联电容数值，使负载电容与给定的目标值相等。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第二外接电容；所述第二外接电容具有与外接电容相同配置的元器件。进一步地，所述负载电容测量模块包括电流源模块、参考电压产生器、电压比较器、参考时钟源、计数器；所述控制模块分别与电流源模块、参考电压产生器、参考时钟源、计数器连接；所述电流源模块的输出端与外接电容的一端连接；所述外接电容的另一端接地；所述参考时钟源与计数器连接；所述参考电压产生器的输出端与电压比较器的一个输入端连接；所述电压比较器的另外一个输入端与外接电容和电流源模块的公共端连接，输出端与控制模块连接。进一步地，所述控制模块控制电流源模块输出电流信号，控制参考电压产生器输出参考电压，控制参考时钟源输出参考时钟信号以及初始化计数器数值；所述控制模块控制计数器在电流源模块开始给负载电容充电的同时开始计数，并在负载电容电压与参考电压相等时停止计数，计数结果发送给控制模块；所述电流源模块对负载电容进行充电；所述参考时钟源输出参考时钟信号给计数器；所述参考电压产生器输出参考电压给电压比较器；所述电压比较器将负载电容电压与参考电压进行比较，并将比较的结果发送给控制模块；所述控制模块计算晶体振荡器的负载电容；所述控制模块将计算得到的负载电容与目标值进行比较并反馈给电容匹配模块；所述电容匹配模块根据控制模块的反馈信息，调整并联电容的数值，使负载电容与目标值相等。进一步地，所述控制模块根据算法CL＝QL/VL＝∫icdt/Vref计算得到晶体振荡器的负载电容，其中CL代表负载电容，QL代表负载电容的电荷量，VL代表负载电容两端的电压，ic代表电流源模块输出的电流信号，Vref代表参考电压产生器输出的参考电压，t代表充电时间；所述充电时间t＝n/f，其中n代表负载电容电压与参考电压相等时的计数器数值，f代表参考时钟信号的频率。进一步地，所述电流源模块输出的电流信号为恒定直流信号。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第一开关；所述第一开关连入晶体驱动模块和晶体振荡器之间，控制晶体振荡系统处于振荡模式或频率校准模式；所述控制模块与第一开关连接，控制第一开关闭合或断开。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第二开关；所述第二开关连入电流源模块与外接电容之间，控制电流源模块给负载电容充电或电流源模块不给负载电容充电；所述控制模块与第二开关连接，控制第二开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第二开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式模式，即第一开关断开且电流源模块开始给负载电容充电的同时，第二开关闭合。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第四开关；所述第四开关连入电压比较器与外接电容之间，控制负载电容电压输出到电压比较器或负载电容电压不输出到电压比较器；所述控制模块与第四开关连接，控制第四开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第四开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式，即第一开关断开且电流源模块给负载电容充电的同时，第四开关闭合。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第三开关；所述第三开关连入外接电容与地之间，控制负载电容充电或放电；所述控制模块与第三开关连接，控制第三开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第三开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式，即第一开关断开且电流源模块停止给负载电容充电的同时，第三开关闭合。本专利技术的第二个目的旨在提供一种晶体振荡器频率校准装置。为了实现本专利技术的第二个目的，本专利技术采取了如下的技术方案：一种晶体振荡器频率校准装置，其特征在于：包括控制模块、电容匹配模块、负载电容测量模块；所述电容匹配模块与晶体振荡器的外接电容连接；所述电容匹配模块提供一个并联电容给外接电容；所述并联电容与外接电容组成晶体振荡器的负载电容；所述控制模块与负载电容测量模块、电容匹配模块连接；所述控制模块控制负载电容测量模块测量负载电容；所述负载电容测量模块将负载电容测量结果发送给控制模块；所述控制模块调整电容匹配模块输出的并联电容数值，使负载电容与给定的目标值相等。进一步地，所述晶体振荡器系统还包括第二外接电容；所述第二外接电容具有与外接电容相同配置的元器件。进一步地，所述负载电容测量模块包括电流源模块、参考电压产生器、电压比较器、参考时钟源、计数器；所述控制模块分别与电流源模块、参考电压产生器、参考时钟源、计数器连接；所述电流源模块的输出端与外接电容的一端连接；所述外接电容的另一端接地；所述参考时钟源与计数器连接；所述参考电压产生器的输出端与电压比较器的一个输入端连接；所述电压比较器的另外一个输入端与外接电容和电流源模块的公共端连接，输出端与控制模块连接。进一步地，所述控制模块控制电流源模块输出电流信号，控制参考电压产生器输出参考电压，控制参考时钟源输出参考时钟信号以及初始化计数器数值；所述控制模块控制计数器在电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有频率自校准功能的晶体振荡器系统，包括晶体振荡器、晶体振荡器驱动模块以及外接电容；晶体振荡器驱动模块与晶体振荡器连接，提供偏置电压驱动晶体振荡器起振并维持振荡；外接电容一端与晶体振荡器连接，另一端接地；其特征在于：所述晶体振荡器系统还包括控制模块、电容匹配模块、负载电容测量模块；所述电容匹配模块与外接电容连接；所述电容匹配模块提供一个并联电容给外接电容；所述并联电容与外接电容组成负载电容；所述控制模块与负载电容测量模块、电容匹配模块连接；所述控制模块控制负载电容测量模块测量负载电容；所述负载电容测量模块将负载电容测量结果发送给控制模块；所述控制模块调整电容匹配模块输出的并联电容数值，使负载电容与给定的目标值相等。

【技术特征摘要】
1.一种具有频率自校准功能的晶体振荡器系统，包括晶体振荡器、晶体振荡器驱动模块以及外接电容；晶体振荡器驱动模块与晶体振荡器连接，提供偏置电压驱动晶体振荡器起振并维持振荡；外接电容一端与晶体振荡器连接，另一端接地；其特征在于：所述晶体振荡器系统还包括控制模块、电容匹配模块、负载电容测量模块；所述电容匹配模块与外接电容连接；所述电容匹配模块提供一个并联电容给外接电容；所述并联电容与外接电容组成负载电容；所述控制模块与负载电容测量模块、电容匹配模块连接；所述控制模块控制负载电容测量模块测量负载电容；所述负载电容测量模块将负载电容测量结果发送给控制模块；所述控制模块调整电容匹配模块输出的并联电容数值，使负载电容与给定的目标值相等。2.根据权利要求1所述的晶体振荡器系统，其特征在于：还包括第二外接电容；所述第二外接电容具有与外接电容相同配置的元器件。3.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器系统，其特征在于：所述负载电容测量模块包括电流源模块、参考电压产生器、电压比较器、参考时钟源、计数器；所述控制模块分别与电流源模块、参考电压产生器、参考时钟源、计数器连接；所述电流源模块的输出端与外接电容的一端连接；所述外接电容的另一端接地；所述参考时钟源与计数器连接；所述参考电压产生器的输出端与电压比较器的一个输入端连接；所述电压比较器的另外一个输入端与外接电容和电流源模块的公共端连接，输出端与控制模块连接。4.根据权利要求3所述的晶体振荡器系统，其特征在于：所述控制模块控制电流源模块输出电流信号，控制参考电压产生器输出参考电压，控制参考时钟源输出参考时钟信号以及初始化计数器数值；所述控制模块控制计数器在电流源模块开始给负载电容充电的同时开始计数，并在负载电容电压与参考电压相等时停止计数，计数结果发送给控制模块；所述电流源模块对负载电容进行充电；所述参考时钟源输出参考时钟信号给计数器；所述参考电压产生器输出参考电压给电压比较器；所述电压比较器将负载电容电压与参考电压进行比较，并将比较的结果发送给控制模块；所述控制模块计算晶体振荡器的负载电容；所述控制模块将计算得到的负载电容与目标值进行比较并反馈给电容匹配模块；所述电容匹配模块根据控制模块的反馈信息，调整并联电容的数值，使负载电容与目标值相等。5.根据权利要求4所述的晶体振荡器系统，其特征在于：所述控制模块根据算法CL＝QL/VL＝∫icdt/Vref计算得到晶体振荡器的负载电容，其中CL代表负载电容，QL代表负载电容的电荷量，VL代表负载电容两端的电压，ic代表电流源模块输出的电流信号，Vref代表参考电压产生器输出的参考电压，t代表充电时间；所述充电时间t＝n/f，其中n代表负载电容电压与参考电压相等时的计数器数值，f代表参考时钟信号的频率。6.根据权利要求5所述的晶体振荡器系统，其特征在于：所述电流源模块输出的电流信号为恒定直流信号。7.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器系统，其特征在于：还包括第一开关；所述第一开关连入晶体驱动模块和晶体振荡器之间，控制晶体振荡系统处于振荡模式或频率校准模式；所述控制模块与第一开关连接，控制第一开关闭合或断开。8.根据权利要求7所述的晶体振荡器系统，其特征在于：还包括第二开关；所述第二开关连入电流源模块与外接电容之间，控制电流源模块给负载电容充电或电流源模块不给负载电容充电；所述控制模块与第二开关连接，控制第二开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第二开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式，即第一开关断开且电流源模块开始给负载电容充电的同时，第二开关闭合。9.根据权利要求7所述的晶体振荡器系统，其特征在于：还包括第四开关；所述第四开关连入电压比较器与外接电容之间，控制负载电容电压输出到电压比较器或负载电容电压不输出到电压比较器；所述控制模块与第四开关连接，控制第四开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第四开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式，即第一开关断开且电流源模块给负载电容充电的同时，第四开关闭合。10.根据权利要求7所述的晶体振荡器系统，其特征在于：还包括第三开关；所述第三开关连入外接电容与地之间，控制负载电容充电或放电；所述控制模块与第三开关连接，控制第三开关闭合或断开；所述晶体振荡器处于振荡模式，即第一开关闭合时，第三开关断开；所述晶体振荡器处于频率校准模式，即第一开关断开且电流源模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠民，
申请(专利权)人：珠海泰芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44