[發(fā)明專利]頻率基準(zhǔn)振蕩器設(shè)備和穩(wěn)定頻率基準(zhǔn)信號的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880056486.7
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN111034039A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·奧加;A·賈克拉
• 申請（專利權(quán)）人: 京瓷帝基廷公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;B81B3/00;B81B7/00;H03H3/007;H03L1/02;H03L1/04;H03L7/06;H03L7/083
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 酆迅;傅遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種頻率基準(zhǔn)振蕩器設(shè)備和提供頻率基準(zhǔn)信號的方法。該振蕩器設(shè)備包括第一振蕩器，第一振蕩器包括具有第一長期穩(wěn)定性和第一頻率?溫度翻轉(zhuǎn)溫度的第一諧振器，第一振蕩器能夠提供第一頻率信號。此外，該設(shè)備包括第二振蕩器，第二振蕩器包括具有遜于第一長期穩(wěn)定性的第二長期穩(wěn)定性和第二頻率?溫度翻轉(zhuǎn)溫度的第二諧振器，第二振蕩器能夠提供第二頻率信號。還安裝有恒溫控制器，該恒溫控制器用于將第一諧振器的溫度基本上調(diào)節(jié)到所述第一翻轉(zhuǎn)溫度并將第二諧振器的溫度基本上調(diào)節(jié)到所述第二翻轉(zhuǎn)溫度，并且安裝有穩(wěn)定性控制電路，該穩(wěn)定性控制電路被配置為使用第一頻率信號來調(diào)節(jié)第二振蕩器，以提供溫度穩(wěn)定和長期穩(wěn)定的輸出頻率信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻率基準(zhǔn)振蕩器。這種振蕩器用于各種電子設(shè)備以例如提供時(shí)鐘信號和/或穩(wěn)定其操作頻率。具體來說，本發(fā)明涉及爐控微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)振蕩器(OCMO)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)頻率基準(zhǔn)振蕩器包含作為諧振元件的石英晶體，該石英晶體主要確定其輸出信號的頻率和其他特性。雖然石英晶體穩(wěn)定，但也遭受諸如相對較大尺寸和高功率需求等缺點(diǎn)。

若干嘗試已經(jīng)解決了將MEMS諧振器用作石英諧振器的備選、用作穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)的問題?；谠摲椒▽?shí)現(xiàn)實(shí)際的頻率基準(zhǔn)有兩個(gè)主要的技術(shù)問題。第一，具有合適的諧振頻率-溫度特性的MEMS諧振器傾向于具有較低的功率處理能力。即使在適度的低的驅(qū)動水平下，MEMS諧振器也可能具有非線性的響應(yīng)。這還意味著諧振頻率的值很大程度上取決于驅(qū)動幅度。在另一方面，如Kaajakari V.等人在Journal of MicroelectromechanicalSystems 13第5期(2004年10月)：715-24所著的“Nonlinear Limits for Single-CrystalSilicon Microresonators”中所討論的，達(dá)到良好的相位噪聲要求足夠高的驅(qū)動水平。因此同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出頻率和良好的相位噪聲很困難。

實(shí)現(xiàn)實(shí)際的基于MEMS的頻率基準(zhǔn)的另一個(gè)問題是要具有精確到百萬分之幾(ppm)的輸出頻率，因?yàn)镸EMS諧振器的諧振頻率中的變化可以輕易地達(dá)到1000ppm的量級。

爐控石英和MEMS振蕩器(OCXO和OCMO)的基本方法是在恒定的、較高的溫度下操作其諧振器元件。選擇該操作溫度使得其能夠?yàn)檎袷幤魈峁┳畲蟮姆€(wěn)定性。

US 7068125 B2,US 7427905 B2,US 7268646 B2公開了MEMS諧振器的各種實(shí)現(xiàn)方法，其通過使用在MEMS諧振器模具中形成的加熱元件，在接近機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)的情況下在預(yù)定溫度下被操作。

US 8669823 B1公開了一種側(cè)面輪廓模式的爐控微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)諧振器和用于電子機(jī)械耦合的電極結(jié)構(gòu)。盡管這種方法可以用于實(shí)現(xiàn)低功率溫控振蕩器，但是該方法在提供對環(huán)境溫度變化和老化時(shí)的漂移不敏感的振蕩器輸出頻率方面存在技術(shù)問題。

US 7248128 B2公開了一種MEMS基準(zhǔn)振蕩器，其包括一組MEMS諧振器和從該組諧振器選擇所需的特性的電路。該方法中的一個(gè)缺點(diǎn)是其中的諧振器的諧振頻率對于溫度變化較敏感。為了補(bǔ)償溫度的影響，該文公開了一種涉及頻率計(jì)的使用的方法，該頻率計(jì)使用基準(zhǔn)諧振器監(jiān)測一個(gè)諧振器的頻率，測量基準(zhǔn)振蕩器的溫度，并在將振蕩器的頻率調(diào)節(jié)到所需的值時(shí)，考慮基準(zhǔn)諧振器的溫度。此外公開了一組具有不同諧振頻率的多個(gè)諧振器的使用，其中一個(gè)諧振器由選擇電路選擇用于輸出，以及涉及兩個(gè)振蕩器的頻率求和的技術(shù)，其中一個(gè)振蕩器是用于溫度補(bǔ)償目的可調(diào)低頻振蕩器，另一個(gè)振蕩器是高頻振蕩器。

US 9191012 B2公開了另一種溫度補(bǔ)償?shù)恼袷幤?，包括一組MEMS諧振器，其中一個(gè)諧振器用于提供振蕩器的輸出頻率，其中一個(gè)諧振器提供用于感測該組諧振器的溫度的頻率，以及加熱設(shè)備、控制器和連接設(shè)備，基于兩個(gè)諧振頻率的差值通過控制加熱器來提供溫度不敏感的振蕩器頻率。US 2007/290763 A1公開了另一種方法，使用若干諧振器以提供具有溫度補(bǔ)償輸出頻率的振蕩器。