振荡器的温度补偿的方法和集成电路和温度补偿振荡器单元技术

本发明专利技术总体涉及电子振荡发生器和电子振荡发生器尤其是例如在电子和电信技术中的温度补偿振荡器单元的稳定性、以及用于振荡器的温度补偿的方法和集成电路。一种包括集成电路(12)和振荡器(10)的根据本发明专利技术的温度补偿振荡器单元的特征在于，所述振荡器(10)具有已知温度补偿函数并且所述振荡器单元的所述集成电路(12)包括：具有针对特定类型的至少一个振荡器(10)选择的至少两个局部补偿基函数φj，j＝0，...，k的温度补偿块(14)；用于在待使用温度范围内校准所述温度补偿块(14)的内部温度传感器(11)和数据块(13)；以及用于实现所述振荡器(10)的温度补偿的许多差分对。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电子振荡发生器和电子振荡发生器(尤其是例如在电子和电信技术中使用的温度补偿振荡器单元)的稳定性、以及用于振荡器的温度补偿的方法和集成电路。
技术介绍
振荡器作为非常稳定且精确的频率源被广泛用于电子和电信技术。振荡器包括晶体振荡器或微机械振荡器、所谓的MEMS振荡器(MEMS、微机电系统)。在电压控制晶体振荡器(VCXO)中，能够响应于电压控制输入来调节标称振荡频率。晶体振荡器的频率精度受诸如温度、老化、控制电平、监视和振荡的许多变量影响。传统晶体振荡器的石英晶体具有取决于石英晶体的切割角的相当大温度变化。在许多应用中，对最大温度变化的要求比传统石英晶体的最大温度变化更为严格，因此，已经开发出了各种温度补偿方法。实现温度稳定性的一种方式是将晶体和振荡器电路与环境温度的变化热绝缘。在恒温晶体振荡器(OCXO)中，晶体和其它温度敏感组件处于稳定炉子(通常由金属制成的小隔离覆层)中，稳定炉子装配有加热元件和用于调节集中热的控制机构，以保持增加的恒温。然而，恒温晶体振荡器具有诸如炉子要求空间的缺陷。温度补偿晶体振荡器(TCXO)和电压控制温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)通常包含用于测量环境温度和调节晶体频率以防止温度区域内的频移的温度补偿电路。将在下文中参照附图更详细地描述现有技术，其中：图1示出根据现有技术的AT切割晶体的一组频率-温度曲线，图2示出用于振荡器温度补偿的现有技术集成电路。图1示出根据现有技术的AT-切割晶体的一组频率温度曲线。AT切割晶体的这组频率-温度曲线示出针对AT切割基础晶体的频率-温度曲线。每条曲线表示与基础AT切割(例如，θ＝35°20'，Φ＝0)相关的切割角度Δθ并且形状略微呈三次多项式。被测量为关于摄氏度的频率偏移ppm(百万分之一)的温度系数对应于曲线的斜率。温度系数在两点处为0。这些点是上下拐点，并且它们对称地落在+20℃…+30℃处的点周围。现有技术的AT切割晶体的温度变化取决于晶体的切割角度并且在传统石英晶体中是相对昂贵的。TCXO模块的目前制造方法的问题是由于精确的温度补偿结果，导致TCXO模块的目前制造方法要求温度变化。温度变化要求昂贵的炉子，这样增加了TCXO模块的制造时间和成本。在TCXO模块中，通过具有通常相当高的制造容差的集成电路或离散组件来实现温度补偿功能。这意味着，要制造的TXCO模块需要在多个温度下被测量，以获得用于足够完美的补偿结果的正确设置。已知对振荡器进行温度补偿的解决方案。用于对振荡器进行温度补偿的现有技术解决方案包括将集成电路附接到诸如外部晶体的振荡器。图2示出用于振荡器温度补偿的现有技术集成电路。用于振荡器温度补偿的现有技术集成电路2包括放大器3、4、变容二极管5、电压控制的电容6、7、数据块8和温度补偿块9。另外，外部晶体振荡器10连接到现有技术集成电路2。现有技术集成电路2还包括内部温度传感器11。现有技术集成电路2的电压控制入口VC接收通过温度补偿块9馈送以用于控制作用于变容二极管5的反向电压的控制电压并且通过它来控制变容二极管5和集成电路2谐振电路的谐振频率。在现有技术集成电路2中，通常使用具有已知温度补偿功能的晶体(诸如，具有充分小的制造容差的特定类型的晶体、或已经在各种温度下测得的晶体)作为外部晶体振荡器10。优选地，可以使用AT切割晶体。现有技术集成电路2中使用的外部晶体振荡器10的误差曲线通常类似于三阶多项式，并且因此，通常还使用多项式来进行温度补偿。将温度补偿块9所生成的补偿信号与控制电压VC求和，以得到实际被补偿的控制电压。用内部温度传感器11进行温度补偿块9的环境温度测量。可以使用电阻器或PN结电压(而不限于这些)作为内部温度传感器11，在该情况下，温度传感器11的输出是电压或电流。通过数据块8的串行总线对现有技术集成电路2进行校准、编程和控制。所述串行总线通常包括编程入口PV、串行总线时钟入口CLK和串行总线数据入口DA。在制造现有技术集成电路2时，需要校准生产变化或者产品收得率变得太低。可以在组件测试或TCXO模块测试期间进行该校准。集成电路2具有内部温度传感器11，该内部温度传感器11的输出是温度依赖电压或电流。在校准情形下，通过连接到温度传感器11的输出引脚TsOUT的外部电压或电流源对温度改变进行建模。这样，可以用外部电压/电流源迫使温度传感器的输出TsOUT是已知电压。可以通过测量利用已知TsOUT电压的其电压或输出频率的补偿曲线来校准集成电路。可以通过以可以使电路与外部晶体振荡器10的某些参数匹配的方式从这些测量值计算它们来估计集成电路2的必要设置。在图2中示出的现有技术集成电路2的温度补偿块9中，可以使用例如用于补偿由温度所造成的误差的五次多项式：f(T)＝Ax5+Bx4+Cx3+Dx2+Ex+F。在用于振荡器温度补偿的典型现有技术解决方案中，使用具有不同阶次的多个多项式函数的求和函数。在现有技术解决方案中，集成电路振荡器温度补偿的问题是补偿的不准确。现有技术温度补偿方法的缺点是，多项式是全局函数，在全局函数中，每个观测点都影响整个检查范围。在根据现有技术温度补偿方法的解决方案中，例如，由振荡器的温度变化而造成的开始误差±20ppm可以甚至在最佳情况下被补偿到为±0.5ppm(百万分之一)精度的剩余误差。现今，在电子和电信中使用的组件要求尺寸比之前小。同时，电子和电信中使用的振荡器需要具有比之前更精确且稳定的频率。因此，期望振荡器在温度误差补偿中明显更精确。问题在于，改进温度误差补偿的精度还增加了集成电路上的必要组件所要求的空间。因此，在电子和电信技术中，明显需要和要求用于进行振荡器温度补偿以改进温度误差补偿的精度而不过多地增加在集成电路上进行补偿时使用的组件所要求的空间。另外，明确需要和要求新的温度补偿振荡器，以实现比之前更好的温度误差补偿的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于振荡器温度补偿的新型解决方案，用该解决方案，可以改进温度误差补偿的精度。本专利技术的另一个目的是提供一种用于温度补偿振荡器的新型解决方案，用该解决方案，实现用于进行温度误差补偿的改进精度。一种用于进行振荡器温度补偿的本专利技术的方法的特征在于，该方法包括以下步骤：针对特定类型的至少一个振荡器，在集成电路的温度补偿块中从至少两个局部补偿基函数φj，j＝0，...，k中选择局部补偿基函数φj，j＝0，...，k的步骤，所述集成电路包括用于实现振荡器中的温度补偿的多个差分对，以及用于在待使用的温度范围内校准所述温度补偿块的步骤。优选地，所述方法还包括用于在待使用的温度范围内校准温度误差的步骤。优选地，从以下函数中选择所述局部补偿基函数φj，j＝0，...，k：-反正切函数其中，a1和a2是观测参数并且该函数的拐点Xinf是-函数(logisticfunction)其中，b1和b2是观测参数并且该函数的拐点是-多项式函数其中，c1和c2是观测参数并且该函数的拐点是-双曲正切函数H(x)＝tanh(d1+d2x)，其中，d1和d2是观测参数并且该函数的拐点是本专利技术的用于振荡器温度补偿的集成电路的特征在于，所述集成电路包括：温度补偿块，所述温度补偿块具有针对特定类型的至少一个振荡器选择的至少两个局部补偿基函本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于振荡器温度补偿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：针对特定类型的至少一个振荡器(10)，在集成电路(12)的温度补偿块(14)中从至少两个局部补偿基函数φj，j＝0，...，k中选择局部补偿基函数φj，j＝0，...，k的步骤，所述集成电路(12)包括用于实现所述振荡器(10)中的温度补偿的多个差分对，以及用于在待使用的温度范围内校准所述温度补偿块(14)的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.18 FI 201455861.一种用于振荡器温度补偿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：针对特定类型的至少一个振荡器(10)，在集成电路(12)的温度补偿块(14)中从至少两个局部补偿基函数φj，j＝0，...，k中选择局部补偿基函数φj，j＝0，...，k的步骤，所述集成电路(12)包括用于实现所述振荡器(10)中的温度补偿的多个差分对，以及用于在待使用的温度范围内校准所述温度补偿块(14)的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用于在待使用的所述温度范围内校准温度误差的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从以下函数中选择所述局部补偿基函数φj，j＝0，...，k：-反正切函数其中，a1和a2是观测参数并且该函数的拐点Xinf是-函数其中，b1和b2是观测参数并且该函数的拐点是-多项式函数其中，c1和c2是观测参数并且该函数的拐点是-双曲正切函数H(x)＝tanh(d1+d2x)，其中，d1和d2是观测参数并且该函数的拐点是4.一种用于振荡器温度补偿的集成电路(12)，其特征在于，所述集成电路(12)包括：温度补偿块(14)，所述温度补偿块(14)具有针对特定类型的至少一个振荡器(10)选择的至少两个局部补偿基函数φj，j＝0，...，k；内部温度传感器(11)和数据块(13)，所述内部温度传感器(11)和所述数据块(13)用于在待使用的温度范围内校准所述温度补偿块(14)；以及多个差分对，用所述多个差分对来实现所述振荡器(10)的所述温度补偿。5.根据权利要求4所述的集成电路(12)，其特征在于，所述数据块(13)包括用于在待使用的所述温度范围内校准温度误差的装置。6.根据权利要求4或5所述的集成电路(12)，其特征在于，所述局部补偿基函数φj，j＝0，...，k选自以下函数：-反正切函数其中，a1和a2是观测参数并且该函数的拐点Xinf是-函数其中，b1和b2是观测参数并且该函数的拐点是-多项式函数其中，c1和c2是观测参数并且该函数的拐点是-双曲正切函数H(x)＝tanh(d1+d2x)，其中，d1和d2是观测参数并且该函数的拐点是7.根据在前权利要求4至6中的任一项所述的集成电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·利格内尔，J·奥尔，
申请(专利权)人：微型模拟系统公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI