[發明專利]一種數字式溫度補償晶體振蕩器

有效

• 申請號: 201110078168.0
• 申請日: 2011-03-30
• 公開（公告）號: CN102122952A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 劉斌;張達泉;陳克恭;王樹一
• 申請（專利權）人: 蘇州麥格芯微電子有限公司
• 主分類號: H03L1/02
• 分類號: H03L1/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及一種晶體振蕩器，尤其是一種數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字信號的觸發基準。無線及寬帶通訊設備器材如手機、無線局域網、GPS、DSL和CABLE收發器等等，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已不能達到要求。在-40℃～+85℃的溫度范圍內，上述簡單電子振蕩器的精度只能達到±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，晶體振蕩器行業內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定性的晶體振蕩器。通用的補償方式我、分為模擬補償和數字補償兩種。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絡，這屬于一種模擬補償方式，這種增加溫度補償電阻網絡的方法，由于受熱敏電阻和固定電阻值影響很大，產品在-40℃～+85℃的溫度范圍內頻率穩定度只能達到0.5～1ppm。另外一種是間接模擬補償系統，在這種系統中，要進行溫度補償的晶體振蕩器是電壓控制的晶體振蕩電路（VCXO），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，溫度補償電壓產生電路2產生溫度補償電壓，用于根據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精確地近似。因此，溫度補償電路一般由具有由線性函數表示的溫度特性的溫度傳感器和根據由溫度傳感器檢測的溫度產生三次函數的三次函數發生電路構成。

隨著市場需求更加高穩定性的壓控晶體，穩定度在±1～±2.5ppm的壓控晶體已經不能滿足需求，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定的頻率范圍內。然而采用數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，如果采用數字補償手段，采用同一電源供電時，溫度補償網絡會對晶體振蕩器回路產生干擾，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定性，而且之前的數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。

另外一種間接數字補償系統，除去由溫度傳感器1檢測的溫度被進行數字處理而產生溫度補償電壓之外，關于這種系統的溫度補償的基本概念和上述的間接模擬系統類似。即在這種溫度補償系統中，如圖2所示，由溫度傳感器1檢測的溫度由AD轉換器5轉成數字值。然后，讀出和被轉換的數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據。所讀出的溫度補償數據由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、高穩定、低成本的溫度補償晶體振蕩器。

發明內容

本發明目的是：提供一種低噪音、低功耗、高穩定、低成本的數字式溫度補償晶體振蕩器。

本發明的技術方案是：一種數字式溫度補償晶體振蕩器，包括電源電路、振蕩電路、數字補償電路，所述振蕩電路與電源電路和數字補償電路相連，所述數字補償電路包括溫度感應器、模數轉換模塊、數據處理單元、數字信號處理單元、數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轉換模塊與數據處理單元相連，所述數據處理單元通過數字信號處理單元以及數模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路相連，其特征在于，所述數字補償電路包括抖動信號產生器，所述抖動信號產生器與數據處理單元和數模轉換器相連。

進一步的，用數字補償晶體振蕩器替代所述的數模轉換器和電壓控制的晶體振蕩電路，所述數字補償晶體振蕩器和所述抖動信號產生器相連。

進一步的，所述數據處理單元為EEPROM。

進一步的，所述抖動信號產生器包括：

震蕩電路，產生鋸齒波信號；