專利名稱：一種數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種晶體振蕩器，尤其是一種數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器。
背景技術：
溫度補償晶體振蕩器是一種在各種電子線路中有著廣泛用途的電子振蕩器。它提供脈沖時鐘信號作為數(shù)字信號的觸發(fā)基準。無線及寬帶通訊設備器材如手機、無線局域網(wǎng)、 GPS, DSL和CABLE收發(fā)器等等，對時鐘信號的精度都有非常高的要求，一般為(2 3) *10_6。 對于這樣高的精度，由簡單的振蕩晶體和反向器組成的電子振蕩器在一定的溫度范圍內(nèi)已不能達到要求。在-40°C +85°C的溫度范圍內(nèi)，上述簡單電子振蕩器的精度只能達到士 50*10-6，所以必須給簡單電子振蕩器加上溫度補償器或溫度補償電路。目前，晶體振蕩器行業(yè)內(nèi)常用的溫度補償晶體振蕩器，是一種通過改變晶體振蕩器壓控電壓來引進補償以提高其穩(wěn)定性的晶體振蕩器。通用的補償方式分為模擬補償和數(shù)字補償兩種。用的最多的是在溫度補償晶體振蕩器的前端加一溫度補償電阻網(wǎng)絡，這屬于一種模擬補償方式，這種增加溫度補償電阻網(wǎng)絡的方法，由于受熱敏電阻和固定電阻值影響很大，產(chǎn)品在_40°C +85°C的溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度只能達到0. 5 lppm。另外一種是間接模擬補償系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，要進行溫度補償?shù)木w振蕩器是電壓控制的晶體振蕩電路(VCX0)，如

圖1所示。為了進行溫度補償，溫度傳感器1檢測晶體振蕩器的工作溫度， 溫度補償電壓產(chǎn)生電路2產(chǎn)生溫度補償電壓，用于根據(jù)上述檢測溫度補償晶體諧振器的溫度特性。此時，通過對電壓控制的晶體振蕩電路3的電壓控制端施加溫度補償電壓，對其進行溫度補償。當晶體諧振器由AT切割晶體制成時，其溫度特性可以由三次函數(shù)精確地近似。因此，溫度補償電路一般由具有由線性函數(shù)表示的溫度特性的溫度傳感器和根據(jù)由溫度傳感器檢測的溫度產(chǎn)生三次函數(shù)的三次函數(shù)發(fā)生電路構成。隨著市場需求更加高穩(wěn)定性的壓控晶體，穩(wěn)定度在士1 士2. 5ppm的壓控晶體已經(jīng)不能滿足需求，而且在這種模擬補償式晶體振蕩器很難集成到一顆IC中，大多使用分離式元器件組成。模擬方式集成化是可以做到的，但是最大的難度是做成較低的精度。在這種情況下，具有數(shù)字補償方式的晶體振蕩器應運而生。該種晶體振蕩器能比較精確地進行電壓的補償，以保持所述電壓控制晶體振蕩器保持在一個較為穩(wěn)定的頻率范圍內(nèi)。然而采用數(shù)字補償通常會使用單片機，同時采用低功耗編程技術以降低晶體振蕩器的功耗，但是晶體振蕩器電路為模擬電路，如果采用數(shù)字補償手段，采用同一電源供電時，溫度補償網(wǎng)絡會對晶體振蕩器回路產(chǎn)生干擾，導致溫度補償晶體振蕩器的相噪不良，從而影響晶體振蕩器輸出頻率的穩(wěn)定性，而且之前的數(shù)字補償式晶體振蕩器需要使用15 16位的高精度ADC 或是DAC，此種ADC或是DAC的電路設計難度高，電路復雜又很龐大，所以IC成本很高。另外一種間接數(shù)字補償系統(tǒng)，除去由溫度傳感器1檢測的溫度被進行數(shù)字處理而產(chǎn)生溫度補償電壓之外，關于這種系統(tǒng)的溫度補償?shù)幕靖拍詈蜕鲜龅拈g接模擬系統(tǒng)類似。即在這種溫度補償系統(tǒng)中，如圖2所示，由溫度傳感器1檢測的溫度由AD轉換器5轉成數(shù)字值。然后，讀出和被轉換的數(shù)字值相應的被預先在非易失存儲器6的地址中存儲的用于補償晶體諧振器的溫度特性的溫度補償數(shù)據(jù)。所讀出的溫度補償數(shù)據(jù)由DA轉換器7 進行DA轉換而成為模擬形式的溫度補償電壓。通過對電壓控制的晶體振蕩電路3施加模擬形式的溫度補償電壓，進行溫度補償。其中，可以使用EEPROM或者類似物作為非易失存儲器6。因此，急需一種低噪音、低功耗、高穩(wěn)定、低成本的溫度補償晶體振蕩器。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的是提供一種低噪音、低功耗、高穩(wěn)定、低成本的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器。本實用新型的技術方案是一種數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補償電路相連，所述數(shù)字補償電路包括溫度感應器、模數(shù)轉換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應器通過模數(shù)轉換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過數(shù)字信號處理單元以及數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補償電路包括抖動信號產(chǎn)生器，所述抖動信號產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉換器相連。進一步的，用數(shù)字補償晶體振蕩器替代所述的數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述數(shù)字補償晶體振蕩器和所述抖動信號產(chǎn)生器相連。進一步的，所述數(shù)據(jù)處理單元為EEraoM。進一步的，所述抖動信號產(chǎn)生器包括振蕩電路，產(chǎn)生鋸齒波信號；譯碼電路，所述振蕩頻率信號輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖
信號；電平選擇電路，所述脈沖信號控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號變動的輸出電平信號；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號和輸出電平信號，產(chǎn)生頻率抖動信號。進一步的，所述數(shù)字補償晶體振蕩器為帶獨立電容矩陣的數(shù)字補償晶體振蕩器。進一步的，所述各電路可以集成在一塊芯片上。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器保留了原數(shù)字補償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達到高精度的目的，這樣就可以大大降低IC的面積，使其成本降低。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述圖1為傳統(tǒng)的模擬TCXO示意圖；圖2為傳統(tǒng)的數(shù)字TCXO示意圖；圖3為本實用新型的TCXO示意圖；圖4為實用新型的TCXO另一種示意圖；[0025]圖5為帶獨立電容矩陣的DCXO示意圖；圖6為抖動電路示意圖。
具體實施方式
實施例1 如圖3所示的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補償電路相連，所述數(shù)字補償電路包括溫度感應器、模數(shù)轉換模塊、EEPROM、DSP單元、數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應器通過模數(shù)轉換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述EEPROM通過DSP單元、數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，所述數(shù)字補償電路包括抖動信號產(chǎn)生器，所述抖動信號產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)EEPROM和數(shù)模轉換器相連。如圖6所示的抖動信號產(chǎn)生器包括振蕩電路， 產(chǎn)生鋸齒波信號；譯碼電路，所述振蕩頻率信號輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖信號；電平選擇電路，所述脈沖信號控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號變動的輸出電平信號；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號和輸出電平信號，產(chǎn)生頻率抖動信號。目前模擬式溫度補償晶體振蕩器芯片可以設計的比較小，但是精度低，只能達到0. 5 lppm，不能適應高精度產(chǎn)品的需求，而數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器芯片需要用到15位的ADC或是DAC電路，設計困難，IC面積大，成本較高。本實施例結合了數(shù)字式的高精度的優(yōu)點有克服了其缺點，獨特創(chuàng)新的實用新型了帶數(shù)字抖動的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器芯片，在EEPROM和DAC之間增加了一個抖動信號發(fā)生器的電路模塊，使得電路對DAC精度要求大大降低，正因為使用這種新型的電路模塊設計芯片，所以只需要8位的DAC就能實現(xiàn)原先使用15位DAC所需要達到的0. Olppm的精度。實施例2 如圖4所示，將實施例1直接去除DAC和VCXO電路，由DCXO (數(shù)字補償晶體振蕩器)代替。把EEPROM中的數(shù)字數(shù)據(jù)信號經(jīng)由DSP單元和抖動信號發(fā)生器的電路模塊直接加載到DQCO中。此DQCO必須是數(shù)字式的，如圖5為DQCO的電路模型。原先為了達到0. Olppm的精度需要15位的電容矩陣，此電容矩陣設計難度高，設計面積大，而且生產(chǎn)中的一致性較差，良率很低，但是使用了抖動信號發(fā)生器的電路模塊對于電容矩陣的位數(shù)的要求大大降低。這種新型的帶數(shù)字抖動功能的電路即保留了原數(shù)字補償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達到高精度的目的，這樣就可以大大降低 IC的面積，使其成本降低。
權利要求1.一種數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補償電路相連，所述數(shù)字補償電路包括溫度感應器、模數(shù)轉換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應器通過模數(shù)轉換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過數(shù)字信號處理單元以及數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補償電路包括抖動信號產(chǎn)生器，所述抖動信號產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉換器相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，其特征在于，用數(shù)字補償晶體振蕩器替代所述的數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述數(shù)字補償晶體振蕩器和所述抖動信號產(chǎn)生器相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元為EEraoM。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，其特征在于，所述抖動信號產(chǎn)生器包括振蕩電路，產(chǎn)生鋸齒波信號；譯碼電路，所述振蕩頻率信號輸入譯碼電路，并控制所述譯碼電路產(chǎn)生若干脈沖信號；電平選擇電路，所述脈沖信號控制電平選擇電路，產(chǎn)生隨脈沖輸出信號變動的輸出電平信號；比較器電路，比較所述振蕩頻率鋸齒波信號和輸出電平信號，產(chǎn)生頻率抖動信號。
5.根據(jù)權利要求2所述的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，其特征在于，所述數(shù)字補償晶體振蕩器為帶獨立電容矩陣的數(shù)字補償晶體振蕩器。
6.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，其特征在于，所述各電路可以集成在一塊芯片上。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)字式溫度補償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數(shù)字補償電路，所述振蕩電路與電源電路和數(shù)字補償電路相連，所述數(shù)字補償電路包括溫度感應器、模數(shù)轉換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述溫度感應器通過模數(shù)轉換模塊與數(shù)據(jù)處理單元相連，所述數(shù)據(jù)處理單元通過數(shù)字信號處理單元以及數(shù)模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數(shù)字補償電路包括抖動信號產(chǎn)生器，所述抖動信號產(chǎn)生器與數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉換器相連。這種新型的帶數(shù)字抖動功能的電路既保留了原數(shù)字補償方式的晶體振蕩器的性能優(yōu)勢，又可以使用低精度的ADC或是DAC的電路達到高精度的目的，這樣就可以大大降低IC的面積，使其成本降低。
文檔編號H03B5/04GK201956971SQ20112008878
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者劉斌, 張達泉, 王樹一, 陳克恭 申請人:蘇州麥格芯微電子有限公司