專利名稱：具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于全球定位系統(tǒng)(GPS)定位、電臺(tái)、雷達(dá)等通訊設(shè)備中，具 有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，更具體地說，本發(fā)明涉及高穩(wěn)時(shí)基的具有高精度的微 機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，溫補(bǔ)晶體振蕩器可分為模擬溫補(bǔ)晶振和數(shù)字溫補(bǔ)品振。溫補(bǔ)晶振電 路主要由振蕩電路和補(bǔ)償電路組成。前者與晶體諧振器共同組成一個(gè)壓控晶體振蕩器，后 者則提供準(zhǔn)確的補(bǔ)償電壓值，補(bǔ)償電壓改變壓控振蕩器當(dāng)前的輸出頻率，把輸出頻率隨溫 度變化控制在一個(gè)很小的誤差內(nèi)。由于AT切型品體諧振器的振蕩頻率在整個(gè)寬溫范圍內(nèi)(_55°C +85°C )頻率偏 移較少(頻率偏移在士20ppm以內(nèi))，并且頻率與溫度的關(guān)系呈近似的三次函數(shù)關(guān)系，所以 溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO) —般均采用對(duì)AT切晶體的頻率-溫度特性曲線進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ) 償是用一個(gè)與晶體諧振器串聯(lián)的變?nèi)荻O管作調(diào)頻電容，其兩端受補(bǔ)償電路產(chǎn)生的電壓控 制，使變?nèi)荻O管電容變化，改變晶體諧振器負(fù)載電容，從而使晶體諧振器的振蕩頻率發(fā)生 改變。由于補(bǔ)償電壓帶來的頻率偏移恰好可以抵消由溫度變化所引起的頻率漂移，使得振 蕩器頻率在寬溫度范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹，F(xiàn)有技術(shù)溫補(bǔ)晶振補(bǔ)償通常有三種方法。一是使用熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓對(duì)晶振頻率進(jìn)行補(bǔ)償。選用負(fù)溫度系數(shù)的熱 敏電阻與固定電阻一起構(gòu)成電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(主要有Γ型、橋式網(wǎng)絡(luò)等)，產(chǎn)生一個(gè)隨溫度變 化的二次或三次曲線電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶振頻率-溫度特性曲線的補(bǔ)償。該方法的不足之 處是只能實(shí)現(xiàn)二次或三次頻率-溫度特性曲線的補(bǔ)償，且補(bǔ)償電壓曲線受補(bǔ)償電路形式的 限制，不能實(shí)現(xiàn)高精度的補(bǔ)償。同時(shí)，晶振電路無法小型化、集成化，并且調(diào)試較困難，不易 于批量化生產(chǎn)。二是使用數(shù)字電路進(jìn)行晶振頻率的補(bǔ)償。數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(DTCXO)，一直 以來由于體積大、功耗大、成本高而使其應(yīng)用范圍受到了很大的限制。數(shù)字溫補(bǔ)晶振的“頻 率一溫度穩(wěn)定度” 一般在10_7量級(jí)(_40°C 70°C )。數(shù)字溫補(bǔ)晶振通常選用EEPROM存儲(chǔ) 器，將補(bǔ)償電壓值通過查表的方式，發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，從而壓控晶振頻率，對(duì)晶振頻 率進(jìn)行補(bǔ)償。該方法雖然可以實(shí)現(xiàn)多次頻率溫度曲線的補(bǔ)償，但由于受數(shù)字電路精度影響， 補(bǔ)償電壓不連續(xù)且有抖動(dòng)，對(duì)晶振的相位噪聲指標(biāo)惡化嚴(yán)重。對(duì)于傳統(tǒng)的微機(jī)補(bǔ)償晶體振 蕩器(MCXO)同樣也存在體積大，精度不夠，相位噪聲指標(biāo)不高等不足之處，且性能的穩(wěn)定、 可靠性和成品率都不高。三是使用國(guó)外進(jìn)口集成溫度晶振專用芯片。目前，為適應(yīng)晶體振蕩器小型化、數(shù) 字化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外已實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的裸金屬外殼向覆塑料金屬和陶瓷封裝轉(zhuǎn)變， 采用SMD封裝形式的溫補(bǔ)品振，其外形尺寸大大地縮小。這種集成芯片采用了數(shù)模混合電 路的溫度補(bǔ)償技術(shù)。該補(bǔ)償技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)晶振小型化設(shè)計(jì)，降低了產(chǎn)品功耗，但由于其補(bǔ)償電壓仍然由模擬電路產(chǎn)生，補(bǔ)償電壓曲線受模擬電路形式和工藝的限制，一般只能 產(chǎn)生3次方的補(bǔ)償電壓曲線，晶振的頻率-溫度穩(wěn)定度指標(biāo)不高(一般在士0. 5 X ΙΟ"6 士 1 X IO"6)，溫度范圍最寬在-30°C 85°C。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種小型化，功耗低，基于集成化微機(jī)補(bǔ)償電路可以產(chǎn)生多 次方補(bǔ)償電壓曲線，在寬溫范圍內(nèi)有很高頻率-溫度穩(wěn)定度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振。本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，本發(fā)明提供的一種具有高精度的微 機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，至少包括，被集成在一個(gè)芯片內(nèi)的微機(jī)補(bǔ)償電路、壓控晶體振蕩電路 和微機(jī)補(bǔ)償程序部件，其特征在于在所述微機(jī)補(bǔ)償電路中集成有一個(gè)用于與調(diào)試系統(tǒng)進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇谕ㄓ嶋娐?、?shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)電路、溫度測(cè)試電路和補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，該 微機(jī)補(bǔ)償電路連接在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調(diào)諧端，溫度傳感器通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (ADC)相連于微處理器(MCU)，溫度傳感器測(cè)試出VCXO的溫度信號(hào)，ADC將產(chǎn)生的模擬溫度 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給MCU，MCU將該數(shù)據(jù)帶入MCU內(nèi)的多次曲線方程式中，計(jì)算 出與當(dāng)前溫度值對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓的數(shù)據(jù)，DAC再將計(jì)算出的電壓值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)， MCU再把轉(zhuǎn)換成的補(bǔ)償電壓發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)，經(jīng)濾波器(LPF)濾去低頻干擾信號(hào)后 送入VCXO的壓控調(diào)諧端，實(shí)現(xiàn)對(duì)VCXO輸出頻率的高低溫補(bǔ)償。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果本發(fā)明在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調(diào)諧端接入高精度的微機(jī)補(bǔ)償電路，在 晶振補(bǔ)償電路中使用微處理器MCU對(duì)晶振補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行處理，通過MCU控制高精度的ADC 采集當(dāng)前溫度值，并通過MCU計(jì)算出當(dāng)前的補(bǔ)償電壓值，MCU將補(bǔ)償電壓至發(fā)送至高精度的 DAC以控制壓控晶體振蕩器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶振頻率在高低溫下精確補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)的溫補(bǔ) 晶振補(bǔ)償精度高、線性度高、一致性及穩(wěn)定性好。本發(fā)明通過MCU可以對(duì)晶振的高低數(shù)據(jù)進(jìn)行精確擬合，擬合次數(shù)不僅限于3次曲 線，也可以實(shí)現(xiàn)4次、5次、6次、7次曲線的擬合，調(diào)試系統(tǒng)通過對(duì)調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析找出最 佳的曲線次數(shù)，并將最佳的溫度特性參數(shù)發(fā)送至晶振的微機(jī)補(bǔ)償電路并存儲(chǔ)在EEPROM中， 解決了傳統(tǒng)補(bǔ)償電路補(bǔ)償曲線次數(shù)不易更改的問題，使得曲線擬合靈活多變。實(shí)驗(yàn)證明，精 確的曲線擬合可以大大提高晶振在高低溫下的補(bǔ)償精度。本發(fā)明通過整個(gè)微機(jī)補(bǔ)償電路和晶體振蕩電路的集成化設(shè)計(jì)和軟件與簡(jiǎn)單硬件 電路的配合，將微機(jī)補(bǔ)償電路和壓控晶體振蕩電路集成在一個(gè)專用芯片內(nèi)，節(jié)約了系統(tǒng)所 需的大量硬件電路。集成后的專用高精度微機(jī)補(bǔ)償晶振芯片的面積約為2. OmmX2. Omm0因 此能夠在7. OmmX 5. OmmX 2. Omm的小體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高精度微機(jī)補(bǔ)償晶振的小型化和表貼化 設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)的微機(jī)補(bǔ)償晶振體積大的問題。在不影響晶體振蕩器相位噪聲的基礎(chǔ)上， 可將晶振的頻率-溫度穩(wěn)定度控制在士0. ^X10_6(-40°C +85°C )的范圍內(nèi)，部分產(chǎn)品補(bǔ) 償后的頻率-溫度穩(wěn)定度可優(yōu)于士0. 1X10_7。同時(shí)，集成化設(shè)計(jì)也極大地降低了晶振的功 耗。與傳統(tǒng)微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器(MCXO)相比，本發(fā)明具有集成化程度高，體積小，功耗低， 造價(jià)低，開機(jī)預(yù)熱時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。通過微機(jī)補(bǔ)償電路中的串口通訊電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶振的在線自動(dòng)化調(diào)試，調(diào)試系統(tǒng) 對(duì)晶振頻率的調(diào)試精度可以達(dá)到10_9 10_1(1量級(jí)，同時(shí)采用多路晶振信號(hào)切換技術(shù)可以同時(shí)完成500只左右的高精度微機(jī)補(bǔ)償晶振的高低溫在線調(diào)試。本發(fā)明不僅解決了溫補(bǔ)晶振在高低溫條件下的精確補(bǔ)償問題，也解決了高精度 微機(jī)補(bǔ)償晶振電路的集成化設(shè)計(jì)問題。集成芯片采用了 0. 25um工藝，內(nèi)部集成了 MCU、 EEPR0M、R0M、RAM、ADC、DAC、溫度傳感器、VQCO振蕩電路、時(shí)鐘電路、線性穩(wěn)壓電路。由于芯 片內(nèi)部集成了性能優(yōu)良的線性穩(wěn)壓電路，晶振的可以在DC+2. 8V DC+5. 5V的電壓范圍內(nèi) 正常工作。芯片內(nèi)部微機(jī)補(bǔ)償電路和VCXO電路的“電源”和“地”在設(shè)計(jì)工藝上進(jìn)行了隔離 設(shè)計(jì)，極大地降低了數(shù)字和模擬系統(tǒng)相互之間的干擾，同時(shí)芯片對(duì)DAC輸出的補(bǔ)償電壓也 做了濾波處理，使得晶振的相位噪聲指標(biāo)可以達(dá)到-135dBc/HZ@lkHZ (以IOMHz晶振為例)。


圖1是本發(fā)明具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振的電路原理框圖。圖2是本發(fā)明的微機(jī)補(bǔ)償程序流程圖。圖3是本發(fā)明的高精度微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶體振蕩器自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)框圖。圖4是本發(fā)明精度微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶體振蕩器的外形示意圖。圖5是圖4的仰視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式可用圖1、圖2進(jìn)一步說明。在圖1中，一種具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，包括，被集成在一個(gè)芯片內(nèi) 的微機(jī)補(bǔ)償電路、壓控晶體振蕩電路和微機(jī)補(bǔ)償程序部件。晶振內(nèi)部電路由壓控晶體振蕩 電路(VCXO)和微機(jī)補(bǔ)償電路組成。在所述微機(jī)補(bǔ)償電路中集成有用于與調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸?shù)拇谕ㄓ嶋娐?、?shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)電路、溫度測(cè)試電路和補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路。集成 在微機(jī)補(bǔ)償電路中的補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，包括，MCU輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)連接的 低通濾波器(LPF)和壓控晶體振蕩器(VCXO)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)并發(fā)送至MCU，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字補(bǔ)償電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)濾波 器(LPF)濾去低頻干擾信號(hào)后送入VQCO的壓控調(diào)諧端。整個(gè)晶振電路集成在一個(gè)面積為 2. OmmX2. Omm的芯片內(nèi)，高精度微機(jī)補(bǔ)償溫補(bǔ)晶振的體積為7. OmmX5. OmmX2. Omm,晶振 為表面貼裝元件，上述的微機(jī)補(bǔ)償電路，包括，微處理器(MCU)、溫度測(cè)試電路以及補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電 路。其中，溫度測(cè)試電路通過熱偶合感應(yīng)晶體諧振器的溫度，產(chǎn)生反應(yīng)溫度變化的數(shù)字信 號(hào)；補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，包括，與MCU相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，與DAC和VQCO連接的低通 濾波器(LPF)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將數(shù)字補(bǔ)償電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，低通濾波器將 DAC發(fā)送過來的電壓信號(hào)濾去低頻干擾信號(hào)后送入VCXO的壓控調(diào)諧端，實(shí)現(xiàn)對(duì)VQCO輸出頻 率的高低溫補(bǔ)償。上述的微機(jī)補(bǔ)償電路連接在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調(diào)諧端，溫度傳感器 通過A/D轉(zhuǎn)換器相連于微處理器(MCU)。在MCU的控制下，模擬溫度傳感器測(cè)試出晶體諧振 器的溫度VT，然后將溫度信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)Dt反饋給MCU。MCU將該數(shù) 據(jù)帶入MCU內(nèi)的多次曲線方程式，方程的系數(shù)預(yù)先存放在EEPROM中，計(jì)算出補(bǔ)償電壓的數(shù) 據(jù)。補(bǔ)償電壓的數(shù)字信號(hào)D。由MCU根據(jù)當(dāng)前溫度經(jīng)過計(jì)算得出，并通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成
6模擬電壓信號(hào)V。，經(jīng)過LPF濾波后接入VCXO的壓控調(diào)諧端。通過控制壓控振蕩器的頻率， 使其在溫度范圍內(nèi)按約定誤差趨近于標(biāo)稱頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)VCXO輸出頻率f。ut在高低溫下的精 確補(bǔ)償。上述的數(shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)電路，包括，一個(gè)可擦除的64字節(jié)程序存儲(chǔ)器(EEPROM)、 一個(gè)4k字節(jié)程序存儲(chǔ)器(ROM)和一個(gè)256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。EEPROM存儲(chǔ)器用于 存儲(chǔ)VCXO的頻率溫度特性參數(shù)，ROM存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)MCU運(yùn)行的程序，RAM存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ) MCU運(yùn)行程序時(shí)處理的臨時(shí)數(shù)據(jù)。上述的補(bǔ)償電壓成生電路，包括，一個(gè)與MCU連接的精度為13bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，一個(gè)與DAC和VCXO壓控調(diào)諧端相連的時(shí)間常數(shù)約為0. 4s的低通濾波。該補(bǔ)償電壓 產(chǎn)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓精度約為0. 2mV。上述的溫度測(cè)試電路由一個(gè)精度為13bit的ADC和一個(gè)模擬溫度傳感器組成。 該電路的溫度測(cè)試精度約為0.05 °C，溫度測(cè)試準(zhǔn)確度為士 2.0°C (_25°C +85°C )和 士3.0°C (_55°C +100°C )。模擬溫度傳感器隨著環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生一個(gè)近似線性的連 續(xù)電壓信號(hào)(溫度越高時(shí)電壓越高，溫度越低時(shí)電壓越低)，不同的電壓值表示不同的環(huán)境 溫度。模擬溫度傳感器的電壓輸出端與ADC的輸入端相連，ADC將反映溫度變化的電壓值 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，ADC再通過并口與MCU相連，并根據(jù)需要實(shí)時(shí)地發(fā)送當(dāng)前溫度值信號(hào)。本發(fā)明所述的微機(jī)補(bǔ)償程序部件包括調(diào)試部分和工作部分，兩個(gè)程序部分通過一 個(gè)標(biāo)志位進(jìn)行切換。調(diào)試部分的程序?yàn)橐粋€(gè)串口通訊代碼識(shí)別程序，通過接受到的調(diào)試指 令代碼實(shí)現(xiàn)發(fā)送當(dāng)前溫度、發(fā)送當(dāng)前補(bǔ)償電壓值、接收并改變補(bǔ)償電壓值、接收溫度特性參 數(shù)、接收內(nèi)部開關(guān)狀態(tài)參數(shù)。工作部分的程序?yàn)檠a(bǔ)償電壓產(chǎn)生程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前溫度值讀取， 通過溫度特性參數(shù)計(jì)算當(dāng)前溫度下的補(bǔ)償電壓值，發(fā)送電壓值至DAC轉(zhuǎn)換器。高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振電路包括壓控晶體振蕩電路和微機(jī)補(bǔ)償電路。在 壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調(diào)諧端接入高精度的微機(jī)補(bǔ)償電路。微機(jī)補(bǔ)償集成電路中， 微處理器為16bit的基于51核的微處理器；集成電路中內(nèi)置時(shí)鐘和線性穩(wěn)壓電路，內(nèi)部工 作電壓為DC+2. 8V。壓控晶體振蕩集成電路中，采用門振蕩電路形式，壓控晶體振蕩器的振蕩頻率 范圍為IOMHz 38MHz，壓控調(diào)諧范圍為士20ppm，調(diào)諧靈敏度為20ppm/V，工作溫度范圍 為-55 °C +85 °C，相位噪聲指標(biāo)優(yōu)于-135dBc/Hz@lkHz(以IOMHz晶振為列)。電路匹 配的晶體主要參數(shù)為AT切晶體；負(fù)載電容為7.8pF;溫度頻差彡士 15ppm;工作溫度范 圍-55°C +90°C ；牽引靈敏度15 25ppm/pF ；高溫拐點(diǎn)60V 70°C。微機(jī)補(bǔ)償集成電路可以實(shí)現(xiàn)1次 7次曲線的溫度特性補(bǔ)償，晶振的頻率溫度特 性參數(shù)(Q、C1^C2, C3> C4, C5, C6, C7)存儲(chǔ)在EEPROM中，MCU獲得當(dāng)前晶振溫度⑴后通過計(jì) 算得到當(dāng)前的補(bǔ)償電壓值。曲線特性參數(shù)以浮點(diǎn)數(shù)方式存放在EEPROM中(對(duì)應(yīng)7次曲線 系數(shù))，最多存放8個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。以7次方曲線為例，7次溫度特性參數(shù)(CpCpCyCyC^Q、 C6, C7)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓值的函數(shù)關(guān)系式是Vc = ^+C1 · T+C2 · T2+C3 · T3+C4 · T4+C5 · T5+C6 · T6+C7 · T7高精度的微機(jī)補(bǔ)償溫補(bǔ)晶振程序在集成芯片制作時(shí)一次性燒錄在內(nèi)部的ROM中， 晶振調(diào)試系統(tǒng)通過晶振內(nèi)部的串口通訊電路對(duì)晶振進(jìn)行在線調(diào)試，調(diào)試內(nèi)容包括讀取溫 度值；讀取補(bǔ)償電壓值；設(shè)置補(bǔ)償電壓值；設(shè)置補(bǔ)償電壓曲線特性參數(shù)；設(shè)置工作狀態(tài)；其它輔助功能設(shè)置。在圖2中，微機(jī)補(bǔ)償程序分為兩個(gè)部分調(diào)試部分和工作部分，兩部分程序通過 一個(gè)狀態(tài)碼來識(shí)別。調(diào)試部分的程序?yàn)橐粋€(gè)串口通訊代碼識(shí)別程序，通過接受到的調(diào)試指 令代碼實(shí)現(xiàn)發(fā)送當(dāng)前溫度、發(fā)送當(dāng)前補(bǔ)償電壓值、接收并改變補(bǔ)償電壓值、接收溫度特性參 數(shù)、接收內(nèi)部開關(guān)狀態(tài)參數(shù)；工作部分的程序?yàn)檠a(bǔ)償電壓產(chǎn)生程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前溫度值讀取， 通過溫度特性參數(shù)計(jì)算當(dāng)前溫度下的補(bǔ)償電壓值，發(fā)送電壓值至D/A轉(zhuǎn)換器。調(diào)試部分程序用于配合調(diào)試系統(tǒng)對(duì)晶振的高低溫補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)對(duì)晶振 內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置。通過串口通訊電路使得晶振與調(diào)試系統(tǒng)相連，調(diào)試系統(tǒng)通過發(fā)送指令代碼 控制晶振發(fā)送或接受所需要的數(shù)據(jù)。調(diào)試部分程序的具體內(nèi)容包括發(fā)送當(dāng)前晶振的內(nèi)部 溫度值至調(diào)試系統(tǒng)；發(fā)送當(dāng)前晶振的補(bǔ)償電壓值至調(diào)試系統(tǒng)；接收調(diào)試系統(tǒng)發(fā)出的補(bǔ)償電 壓值并對(duì)當(dāng)前補(bǔ)償電壓值進(jìn)行重置(用于晶振頻率校準(zhǔn))；接受調(diào)試系統(tǒng)發(fā)出的曲線特性 參數(shù)(補(bǔ)償電壓-溫度特性曲線參數(shù))并保存至EEPROM ；接受調(diào)試系統(tǒng)發(fā)出的對(duì)晶振內(nèi)部 狀態(tài)的設(shè)置，工作狀態(tài)設(shè)置、內(nèi)部狀態(tài)設(shè)置包括振蕩電路激勵(lì)設(shè)置、補(bǔ)償靈敏度設(shè)置、壓控 功能設(shè)置等。工作程序是晶振通過測(cè)得的溫度，適時(shí)地計(jì)算出當(dāng)前所需要的補(bǔ)償電壓值，并 將電壓信號(hào)通過DAC控制到壓控晶振的壓控調(diào)諧端，從而實(shí)現(xiàn)晶振的高低溫補(bǔ)償。在圖3中，在所述微機(jī)補(bǔ)償電路中集成有一個(gè)串口通訊電路用于與調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸；MCU通過一個(gè)串口與自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)連接，用于晶振的在高低溫下的在線調(diào)試。微 機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，是由多路晶振信號(hào)自動(dòng)切換設(shè)備、頻率計(jì)數(shù)器、程控 電源、計(jì)算機(jī)、高低溫箱及相關(guān)的程序部件組成的，通過晶振內(nèi)部集成的串口通訊電路，調(diào) 試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)10_9 10,量級(jí)精度的頻率自動(dòng)校準(zhǔn)，并同時(shí)完成對(duì)500只晶振的在線高 低溫調(diào)試。微機(jī)補(bǔ)償溫補(bǔ)晶振調(diào)試系統(tǒng)用于溫補(bǔ)晶振在高低溫下的自動(dòng)調(diào)試。自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng) 為一個(gè)計(jì)算機(jī)、頻率計(jì)、晶振組成的閉環(huán)回路，環(huán)路中晶振與計(jì)算機(jī)以及頻率計(jì)與計(jì)算機(jī)之 間采用串口連接控制。通過自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)每路晶振在檢測(cè)溫度點(diǎn)下逐一進(jìn)行調(diào)試， 校準(zhǔn)晶振頻率獲取當(dāng)前的補(bǔ)償電壓值，并記錄每路晶振當(dāng)前溫度。計(jì)算機(jī)通過對(duì)每路晶振 在高低溫下的不同采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信息進(jìn)行分析，計(jì)算出每路晶振的補(bǔ)償電壓-溫度特 性參數(shù)并將每路晶振的補(bǔ)償電壓曲線特性參數(shù)發(fā)送并存儲(chǔ)到其內(nèi)部EEPROM中。自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)自動(dòng)地調(diào)諧晶振的頻率輸出，同時(shí)校準(zhǔn)頻率，記錄校準(zhǔn)后的補(bǔ)償電 壓值。晶振將輸出頻率信號(hào)傳給頻率計(jì)；頻率計(jì)通過串口將實(shí)時(shí)采集的頻率信號(hào)傳給計(jì)算 機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)頻率計(jì)傳輸過來的頻率信號(hào)進(jìn)行分析；如果測(cè)得輸出與標(biāo)稱頻率誤差沒有達(dá) 到士 0. Olppm以內(nèi)的要求，則通過串口調(diào)整晶振的補(bǔ)償電壓從而改變晶振的輸出頻率，如 果頻率滿足要求，計(jì)算機(jī)就記錄下當(dāng)前補(bǔ)償電壓值。對(duì)于-40°C 85°C的溫度范圍，可以 取-40°C、-30°C、-20°C、-10°C、0°C、10°C、20°C、30°C、40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、9(rCS 采樣溫度點(diǎn)，每個(gè)溫度點(diǎn)的保溫時(shí)間為15min 20min，整個(gè)調(diào)試過程總共可以有14個(gè)采樣 點(diǎn)。調(diào)試系統(tǒng)軟件利用最小二乘法對(duì)14個(gè)離散信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，得到的曲線參數(shù)最后發(fā) 送給每個(gè)晶振電路并存儲(chǔ)在EEPROM中。在圖4中，具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振由集成微機(jī)補(bǔ)償晶振芯片、陶瓷 基座、晶體諧振器、2個(gè)濾波電容、1個(gè)耦合電容組成。專用微機(jī)補(bǔ)償晶振芯片內(nèi)集成了微機(jī) 補(bǔ)償電路與壓控晶振電路，芯片的面積為2. OmmX 2. 0mm。高精度的微機(jī)補(bǔ)償溫補(bǔ)晶振的體積為7. OmmX 5. OmmX 2. 0mm,晶振為表面貼裝元件。晶振共有10個(gè)引腳，其中4個(gè)為晶振的 功能腳，分別為電源、地、壓控、輸出，其余6個(gè)引腳為調(diào)試用引腳，用于晶振在線調(diào)試時(shí)使用。
權(quán)利要求
1.一種具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，至少包括，被集成在一個(gè)芯片內(nèi)的微機(jī) 補(bǔ)償電路、壓控晶體振蕩電路和微機(jī)補(bǔ)償程序部件，其特征在于在所述微機(jī)補(bǔ)償電路中集 成有一個(gè)用于與調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇谕ㄓ嶋娐?、?shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)電路、溫度測(cè)試 電路和補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，該微機(jī)補(bǔ)償電路連接在壓控晶體振蕩器(VCXO)的壓控調(diào)諧端， 溫度傳感器通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)相連于微處理器(MCU)，溫度傳感器測(cè)試出VCXO的溫度 信號(hào)，ADC將產(chǎn)生的模擬溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給MCU，MCU將該數(shù)據(jù)帶入MCU 內(nèi)的多次曲線方程式中，計(jì)算出與當(dāng)前溫度值對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓的數(shù)據(jù)，MCU再把轉(zhuǎn)換成的補(bǔ) 償電壓發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)，DAC再將計(jì)算出的電壓值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)濾波器 (LPF)濾去低頻干擾信號(hào)后送入VCXO的壓控調(diào)諧端，實(shí)現(xiàn)對(duì)VCXO輸出頻率的高低溫補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，所述數(shù) 據(jù)及程序存儲(chǔ)電路，包括，一個(gè)可擦除的程序存儲(chǔ)器(EEPROM)、一個(gè)程序存儲(chǔ)器(ROM)和一 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，其中，EEPROM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)VQCO的頻率溫度特性參數(shù)，ROM存儲(chǔ) 器用于存儲(chǔ)MCU運(yùn)行的程序，RAM存儲(chǔ)器，用于MCU運(yùn)行程序時(shí)處理的臨時(shí)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，所述微 機(jī)補(bǔ)償電路，包括，微處理器(MCU)和通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)連接MCU的模擬溫度傳感器， 以及集成在微機(jī)補(bǔ)償電路中的補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，其中，模擬溫度傳感器通過熱偶合感應(yīng) 晶體諧振器的溫度，產(chǎn)生反應(yīng)溫度變化的模擬電壓信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，集成在 微機(jī)補(bǔ)償電路中的補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，包括，MCU輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)連接的低通 濾波器(LPF)和壓控晶體振蕩器(VCXO)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并發(fā) 送至MCU，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字補(bǔ)償電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)濾波器(LPF) 濾去低頻干擾信號(hào)后送入VCXO的壓控調(diào)諧端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，所述的 微機(jī)補(bǔ)償程序部件，包括調(diào)試部分和工作部分，兩個(gè)程序部分通過一個(gè)標(biāo)志位進(jìn)行切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，調(diào)試部 分的程序?yàn)橐粋€(gè)串口通訊代碼識(shí)別程序，通過接受到的調(diào)試指令代碼實(shí)現(xiàn)發(fā)送當(dāng)前溫度、 發(fā)送當(dāng)前補(bǔ)償電壓值、接收并改變補(bǔ)償電壓值、接收溫度特性參數(shù)、接收內(nèi)部開關(guān)狀態(tài)參 數(shù)；工作部分的程序?yàn)檠a(bǔ)償電壓產(chǎn)生程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前溫度值讀取，通過溫度特性參數(shù)計(jì)算當(dāng) 前溫度下的補(bǔ)償電壓值，發(fā)送電壓值至DAC轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，所述的 補(bǔ)償電壓值與測(cè)得的溫度值有如下函數(shù)關(guān)系Vc = Co+Ci · T+C2 · T2+C3 · T3+C4 · T4+C5 · T5+C6 · T6+C7 · T7。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，整個(gè) 晶振電路集成在一個(gè)面積為2. OmmX2. Omm的芯片內(nèi)，高精度微機(jī)補(bǔ)償溫補(bǔ)晶振的體積為 7. OmmX 5. OmmX 2. Omm,晶振為表面貼裝元件。
9.一種使用權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其 特征在于，微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，是由多路晶振信號(hào)自動(dòng)切換設(shè)備、頻率 計(jì)數(shù)器、程控電源、計(jì)算機(jī)、高低溫箱及相關(guān)的程序部件組成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，其特征在于，通過自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)每路晶振在檢測(cè)溫度點(diǎn)下逐一進(jìn)行調(diào)試，校準(zhǔn)晶振頻率獲取當(dāng)前的補(bǔ) 償電壓值，并記錄每路晶振當(dāng)前溫度。計(jì)算機(jī)通過對(duì)每路晶振在高低溫下的不同采樣點(diǎn)的 數(shù)據(jù)采集信息進(jìn)行分析，計(jì)算出每路晶振的頻率溫度特性參數(shù)并通過串口通訊電路將每路 晶振的頻率溫度特性參數(shù)發(fā)送并存儲(chǔ)到晶振內(nèi)部的EEPROM中。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種具有高精度的微機(jī)補(bǔ)償表貼溫補(bǔ)晶振，微機(jī)補(bǔ)償電路中集成有數(shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)電路、溫度測(cè)試電路和補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，微機(jī)補(bǔ)償電路中溫度傳感器通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連于微處理器(MCU)，溫度傳感器測(cè)試出VCXO的溫度信號(hào)，ADC將產(chǎn)生的模擬溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給MCU，MCU將該數(shù)據(jù)與帶入MCU內(nèi)的多次曲線方程式中，計(jì)算出與當(dāng)前溫度值對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓的數(shù)據(jù)，DAC再將計(jì)算出的電壓值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)濾波器(LPF)濾去低頻干擾信號(hào)后送入VCXO的壓控調(diào)諧端，實(shí)現(xiàn)對(duì)VCXO輸出頻率的高低溫補(bǔ)償。本發(fā)明將整個(gè)電路集成在一個(gè)專用芯片內(nèi)不僅解決了溫補(bǔ)晶振在高低溫條件下的精確補(bǔ)償問題，也解決了溫補(bǔ)晶振電路的集成化設(shè)計(jì)問題。
文檔編號(hào)H03B5/04GK102082548SQ20101054081
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者汪靖濤 申請(qǐng)人:成都天奧電子股份有限公司