一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路制造技术

一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路，涉及晶体温度特性补偿电路技术领域。本发明专利技术包括依次连接的温度传感器、幂函数电流产生电路、跨阻放大器与电压加法器。温度传感器通过将外部温度转换成对应的线性的电压函数送入幂函数电流产生电路的输入端，幂函数电流产生电路将信息转换为对应的高阶函数曲线并通过跨阻放大器转换为电压，再通过电压加法器与一阶函数、零阶校准函数相加成所需电压。所述幂函数电流产生电路包括i+j个带有射极负反馈的双极型类限幅差分对，其中i是大于等于4的整数，j为大于等于1的整数。本发明专利技术是一种适于集成、低噪声、面向宽中心温度偏移范围的高次幂函数产生电路，非常适于对高精度要求的晶体振荡器进行温度补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路
本专利技术涉及晶体温度特性补偿电路
，特别是用于拟合高阶n次幂函数的近似n次幂函数的发生电路。
技术介绍
对于通常用于晶体振荡器的ＡＴ切的晶体谐振器而言，温度变化与固有的振荡频率的关系可以表示为近似三次函数——“贝克曼曲线”。高次函数的扩展可以使此频率-温度曲线的拟合更准确。它的五次函数扩展可以表示为如下的形式。其中，f是输出频率，A5是五次项系数，A4是四次项系数，A3是三次项系数，A1是一次项的斜率，而A0则是频率偏移。T0是曲线的中心温度，也即函数拐点的位置，通常情况下认为处于25到30℃的范围，然而实际情况中，由于AT切的晶体频率-温度特性与切角相关，根据晶体厂提供的数据，该拐点的范围会扩展到20到34℃的范围。由于石英晶体具有的压电特性，所以可以通过电压控制的方式来对晶振的温度曲线进行补偿，也就是频率-温度曲线可以被转换为所述高次幂函数所产生的一个随温度变化的电压特性与频率的关系。其中，VC是总的控制电压，VC0是名义输入电压，ΔVC是由所述高次幂函数发生装置产生的用于晶体温度补偿的控制电压。B5是五次项系数，B4是四次项系数，B3是三次项系数，B1是一次项的斜率，而B0则是常数项。该控制电压VC需要考虑不同的T0所带来的结果，所以需要有一个较宽的范围。考虑到集成电路实现中的匹配性问题，实际电路的温度覆盖范围将比20到34℃的范围更宽。现有技术中，由于T0的显著偏差使得上述电路必须具有用于产生与之相应的控制电压所需的更宽的调整范围，而且该电路必须考虑超出调整范围之外的温度情况；同时T0的显著偏差使得温度范围内的高次幂函数曲线呈现明显的不对称性。以一个实际例子为例，现要求校准在-40C到85C之间的曲线，考虑到覆盖中心温度T0的偏移从20到34℃范围的要求，由于集成电路中存在的明显的失配与参数误差等现象，会使设计电路的实际覆盖的中心温度T0的范围达到15到40℃，这意味着电路设计必须保证低温补偿能够满足补偿温度范围TMIN-T0MAX=-80C的需要，而高温部分在这种情况下，必须保证低温补偿能够满足补偿温度范围TMAX-T0MIN=70C的需要，相较于电路设计仅考虑覆盖中心温度T0的偏移在25到30℃的情况的要求，就五次幂函数而言，在范围低温部分极大值与高温部分极大值的差值可能增大一倍以上，这意味着就整个曲线来说，补偿曲线的高温部分与低温部分曲线的不对称性加强了。这对于线性拟合的方式实现的补偿曲线来说，这使得所述电路必须对不对称性的补偿进行考虑。现有的设计中多采用三阶结构进行补偿，因为采用更高阶的补偿会使得电路的规模进一步增大，并引入更多的噪声。
技术实现思路
针对上述现有的n次函数产生电路受噪声限制不利于扩展到更高阶函数来获得更高次精确度以及针对现有的函数产生电路不适合宽中心温度偏移的情况，本专利技术的目的是提供一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路。它是一种适于集成、低噪声、面向宽中心温度偏移范围的高次幂函数产生电路，非常适于对高精度要求的晶体振荡器进行温度补偿。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案以如下方式实现：一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路，其结构特点是，它包括依次连接的温度传感器、幂函数电流产生电路、跨阻放大器与电压加法器。温度传感器通过将外部温度转换成对应的线性的电压函数送入幂函数电流产生电路的输入端，幂函数电流产生电路将信息转换为对应的高阶函数曲线并通过跨阻放大器转换为电压，再通过电压加法器与一阶函数、零阶校准函数相加成所需电压。所述幂函数电流产生电路包括i+j个带有射极负反馈的双极型类限幅差分对，其中i是大于等于4的整数，j为大于等于1的整数。所述j个差分对作为针对宽中心温度偏移范围时的额外的补偿电路用于对低温范围进行更精确的补偿，j个差分对中的输入差分对管与尾电流源均由双极型晶体管构成。所述i个差分对的一个输入端共同地与温度传感器的输出端相连，另一个输入端依次与逐渐增加的恒定参考电压源相连，通过差分对电路中的类限幅差分放大器将电压转换为电流。其中，第一和第二差分放大器被设置为输入相同的信号且输出相反的极性，其余（i-2）个差分电路输出具有与第一差分放大器输出相同、与第二差分放大器输出相反的极性，通过运放与电阻构成的负反馈电压电流转换器转换为差分电流，在通过输出结点时，进行相加，得到n阶幂函数电流。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述输入的恒定参考电压小于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的各差分对对应生成高温范围的幂函数。输入的恒定参考电压大于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的各差分对对应生成低温范围的幂函数，输入的恒定参考电压等于或接近于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的差分对对应抵销一次项，生成平坦的中温度范围部分。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述生成高温幂函数的差分放大器与生成低温部分幂函数的差分放大器的输出具有相反的极性，并取消了生成中温部分幂函数的差分放大器。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述j个差分对作为扩展低温范围差分对，用于拟合低温范围的边缘结果。j个差分对具有与i个差分对中生成低温范围的差分对的输出具有相同的极性。j个差分对一端与温度传感器输出相连接，另一端与恒定参考电压相连接，且该恒定参考电压就大于等于前述i个差分对中恒定参考电平的值。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述电路中还包括复制补偿电流源用以消除i+j个差分对中引入的零阶偏移。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述高阶幂函数发生电路分为奇数阶幂函数发生电路和偶数阶幂函数发生电路。奇数阶幂函数发生电路中复制补偿电流源的电流幅值等于j个扩展低温范围差分对尾电流的和，偶数阶幂函数发生电路中复制补偿电流源的电流幅值等于i+j个差分对尾电流的和。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述高阶幂函数发生电路中的五阶幂函数发生电路，被设置为i=6且j=1。其中第一与第二双极型差分对输入的恒定电平参考电压相同，第三至第七双极型差分对输入的恒定电平参考电压顺序增加，第四差分对输入的恒定电平参考电压小于第一、第二双极型差分对输入的恒定电平的参考电压，第五差分对输入的恒定电平参考电压小于第一、第二双极型差分对输入的恒定电平的参考电压，第七双极型差分对具有最大的恒定电平参考电压。所述高阶幂函数发生电路中的四阶幂函数发生电路，被设置为i=6且j=1。其中第一到第七输入的恒定参考电平顺序增加。所述高阶幂函数发生电路中的三阶幂函数发生电路，被设置为i=4且j=1。其中第一与第二双极型差分对输入的恒定电平参考电压相同，第三至第五双极型差分对输入的恒定电平参考电压顺序增加，第三差分对输入的恒定电平参考电压小于第一、第二双极型差分对输入的恒定电平的参考电压，第四差分对输入的恒定电平参考电压小于第一、第二双极型差分对输入的恒定电平的参考电压，第五双极型差分对具有最大的恒定电平参考电压。在上述模拟高阶幂函数发生电路中，所述五阶幂函数发生电路中复制补偿电流源的电流幅值等于第七双极型差分对尾电流源的电流幅值。所述三阶幂函数发生电路中复制补偿电流源的电流幅值等于第五双极型差分对尾电流源的电流幅值。所述四阶幂函数发生电路中复制补偿电流源中的电流幅值等于第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路，其特征在于，它包括依次连接的温度传感器、幂函数电流产生电路、跨阻放大器与电压加法器；温度传感器通过将外部温度转换成对应的线性的电压函数送入幂函数电流产生电路的输入端，幂函数电流产生电路将信息转换为对应的高阶函数曲线并通过跨阻放大器转换为电压，再通过电压加法器与一阶函数、零阶校准函数相加成所需电压；所述幂函数电流产生电路包括i+j个带有射极负反馈的双极型类限幅差分对，其中i是大于等于4的整数，j为大于等于1的整数；所述j个差分对作为针对宽中心温度偏移范围时的额外的补偿电路用于对低温范围进行更精确的补偿，j个差分对中的输入差分对管与尾电流源均由双极型晶体管构成；所述i个差分对的一个输入端共同地与温度传感器的输出端相连，另一个输入端依次与逐渐增加的恒定参考电压源相连，通过差分对电路中的类限幅差分放大器将电压转换为电流；其中，奇数阶情况下，第一和第二差分放大器被设置为输入相同的信号且输出相反的极性，其余（i‑2）个差分电路输出具有与第一差分放大器输出相同、与第二差分放大器输出相反的极性，偶数阶情况下，第一、第二差分放大器被设置为相同的极性，输入参考电压低于第一差分放大器的被设置为与第一差分放大器相同，输入参考电压高于第一差分放大器的被设置为与第一差分放大器相反的极性；通过运放与电阻构成的负反馈电压电流转换器转换为差分电流，在通过输出结点时，进行相加，得到n阶幂函数电流。...

【技术特征摘要】
1.一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路，其特征在于，它包括依次连接的温度传感器、幂函数电流产生电路、跨阻放大器与电压加法器；温度传感器通过将外部温度转换成对应的线性的电压函数送入幂函数电流产生电路的输入端，幂函数电流产生电路将温度传感器输出的温度函数转换为对应的高阶函数曲线并通过跨阻放大器转换为电压，再通过电压加法器与一阶函数、零阶校准函数相加成所需电压；所述幂函数电流产生电路包括i+j个带有射极负反馈的双极型类限幅差分对，其中i是大于等于4的整数，j为大于等于1的整数；所述j个差分对作为针对宽中心温度偏移范围时的额外的补偿电路用于对低温范围进行更精确的补偿，j个差分对中的输入差分对管与尾电流源均由双极型晶体管构成；所述i个差分对的一个输入端共同地与温度传感器的输出端相连，另一个输入端依次与逐渐增加的恒定参考电压源相连，通过差分对电路中的类限幅差分放大器将电压转换为电流；其中，奇数阶情况下，第一和第二差分放大器被设置为输入相同的信号且输出相反的极性，其余（i-2）个差分电路输出具有与第一差分放大器输出相同、与第二差分放大器输出相反的极性，偶数阶情况下，第一、第二差分放大器被设置为相同的极性，输入参考电压低于第一差分放大器的被设置为与第一差分放大器的输出极性相同，输入参考电压高于第一差分放大器的被设置为与第一差分放大器相反的极性；通过运放与电阻构成的负反馈电压电流转换器转换为差分电流，在通过输出结点时，进行相加，得到n阶幂函数电流。2.根据权利要求1所述的模拟高阶幂函数发生电路，其特征在于，所述输入的恒定参考电压小于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的各差分对，对应生成高温范围的幂函数；输入的恒定参考电压大于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的各差分对，对应生成低温范围的幂函数；输入的恒定参考电压等于或接近于设定的中心温度对应的温度传感器输出电压的差分对对应抵销一次项，生成平坦的中温度范围部分。3.根据权利要求2所述的模拟高阶幂函数发生电路，其特征在于，所述偶数阶情况下，生成高温幂函数的差分放大器与生成低温部分幂函数的差分放大器的输出具有相反的极性，并取消了生成中温部分幂函数的差分放大器。4.根据权利要求1所述的模拟高阶幂函数发生电路，其特征在于，所述j个差分对作为扩展低温范...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕航，王斌，田冀楠，李妥，盛敬刚，
申请(专利权)人：北京同方微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11