專利名稱：高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩 器。
背景技術(shù)：
[0002]近些年，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，時鐘源作為電子設(shè)備的心臟應(yīng)用越來越廣泛， 從最簡單的玩具、家電、鐘表到復(fù)雜的計算機、手機、衛(wèi)星導航和尖端的通訊、航空設(shè)備上都 要大量用到時鐘源。[0003]溫度補償型水晶振蕩器作為一種性能非常優(yōu)越的時鐘源，深受高端電子產(chǎn)品的歡 迎，其最大的優(yōu)點是在任何溫度下都可以保持輸出頻率的穩(wěn)定，這樣就可以保證電子產(chǎn)品 不受工作環(huán)境溫度的限制了。[0004]圖I所示，為目前產(chǎn)生溫度補償型水晶振蕩器的一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大致可以分 為四個部分，溫度傳感器10，微處理器11，時鐘芯片12，石英晶體13。[0005]溫度傳感器10感受環(huán)境溫度，將信號反饋到微處理器11，時鐘芯片12和石英晶體 13結(jié)合產(chǎn)生時鐘信號，微處理器11控制時鐘芯片12對時鐘信號進行調(diào)整。當環(huán)境溫度變 化時，石英晶體13的特性會變化，這必然導致輸出的時鐘信號偏移，而此時溫度傳感器10 將環(huán)境溫度傳給微處理器11，微處理器11進行處理，輸出控制信號給時鐘芯片12，時鐘芯 片12再根據(jù)微處理器11輸入的信號對時鐘信號的偏移進行調(diào)整，這樣時鐘信號就會穩(wěn)定 不變。[0006]然而此種方法也存在一些問題，首先它應(yīng)用起來比較復(fù)雜，分立器件比較多，費用 較高，其次就是占用PCB的面積比較大，最后就是溫度感應(yīng)的不一致性，由于是分立器件， 必然導致石英晶體所感受的溫度和溫度傳感器所感受的溫度的差異，這一差異必然導致對 偏移量所做修調(diào)的不準確性，輸出的頻率將不能達到高精度的要求。實用新型內(nèi)容[0007]本實用新型解決的技術(shù)問題就是克服現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器分立器件較多、且由于石 英晶體所處溫度和溫度傳感器所處溫度的差異導致對偏移量所做修調(diào)的不準確性的問題， 提出一種集成度更高，輸出頻率精度更高，性能更穩(wěn)定的振蕩器。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器， 包括石英晶體和集成電路，所述集成電路包括處理器、溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、EEPR0M、振蕩 電路和計時電路，其中，[0009]所述處理器分別與所述溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory,電可擦可編程只讀存儲器)、振蕩電路、計時電路相連,溫 度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器相連，振蕩電路分別與石英晶體、計時電路相連；所述溫度傳感器感 應(yīng)溫度，將溫度參量轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換器，所述AD轉(zhuǎn)換器將所述模擬電 壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，發(fā)送給處理器，所述處理器按照接收到的數(shù)字電壓信號讀取EEPROM中存儲的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所讀取到的數(shù)據(jù)控制振蕩電路中負載電容的值；振蕩電路輸出的時鐘信號經(jīng)所述計時電路進行分頻后輸出至輸出端子。優(yōu)選地，上述高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器還具有以下特點所述振蕩電路包括放大電路、第一負載電容陣列和第二負載電容陣列，其中放大電路與所述石英晶體并聯(lián)，放大電路的一端與所述第一負載電容陣列相連，另一端與所述第二負載電容陣列相連；所述處理器與所述第一負載電容陣列、第二負載電容陣列相連。優(yōu)選地，上述高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器還具有以下特點所述EEPR0M22 為 8 位，512 字節(jié)。優(yōu)選地，上述高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器還具有以下特點所述處理器接收所述計時電路輸出的時鐘信號，根據(jù)所述時鐘信號控制所述溫度傳感器的開啟和關(guān)閉。本實用新型在全溫度范圍內(nèi)，通過數(shù)字信號處理，對時鐘信號進行實時補償，可得到高精度的時鐘信號。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)的實現(xiàn)全溫度范圍高精度時鐘振蕩器的示意圖；圖2是本實用新型實施例的高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器示意圖；圖3是本實用新型實施例的振蕩電路的原理圖。
具體實施方式
下文中將結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。如圖2所示，為本實用新型的具體原理圖，集成電路20和石英晶體24結(jié)合在一起，構(gòu)成本實用新型的高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器。集成電路20包括處理器21、溫度傳感器27、AD轉(zhuǎn)換器26、EEPR0M22、振蕩電路23和計時電路25，所述處理器21分別與所述溫度傳感器27、AD轉(zhuǎn)換器26、EEPR0M22、振蕩電路23、計時電路25相連，溫度傳感器27與AD轉(zhuǎn)換器26相連，振蕩電路23分別與石英晶體24、計時電路25相連；所述溫度傳感器27感應(yīng)溫度，將溫度參量轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換器26，所述AD轉(zhuǎn)換器26將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，發(fā)送給處理器21，所述處理器21按照接收到的數(shù)字電壓信號讀取EEPR0M22中存儲的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所讀取到的數(shù)據(jù)控制振蕩電路23中負載電容的值；振蕩電路23輸出的時鐘信號經(jīng)所述計時電路25進行分頻后輸出至輸出端子。石英晶體24和振蕩電路23構(gòu)成最基本的振蕩器,廣生最聞頻的時鐘輸出。振蕩電路23為石英晶體24提供負載電容，而負載電容的大小會影響到振蕩器輸出頻率的大小。處理器21會發(fā)出控制信號去控制振蕩電路23內(nèi)負載電容的大小，從而達到調(diào)整輸出頻率的目的。溫度傳感器27將變化的溫度轉(zhuǎn)化成變化的電壓，是一種模擬量的傳輸。變化的電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)化成8位數(shù)字碼，也就是說溫度作為模擬量最后轉(zhuǎn)變?yōu)?位數(shù)字信號。8位數(shù)字量傳遞給處理器21進行處理，處理器21將8位數(shù)字碼作為EEPR0M22的地址碼，對EEPR0M22讀取該地址碼對應(yīng)的值，處理器21根據(jù)讀取得到的值，控制振蕩電路23內(nèi)負 載電容的大小。[0025]EEPR0M22采用512個字節(jié)，每個字節(jié)是8位。每兩個字節(jié)構(gòu)成一組數(shù)據(jù)，通過處理 器去控制負載電容的大小。本實用新型的振蕩器工作在-40度到85度之間，EEPR0M22提 供了 250組數(shù)據(jù)對應(yīng)溫度區(qū)間，也就是說每O. 5度對應(yīng)一組數(shù)據(jù)，也就是說當環(huán)境溫度每改 變O. 5度，地址碼就改變一位，處理器讀取得數(shù)據(jù)就會調(diào)整一次負載電容。[0026]圖3是振蕩電路內(nèi)部原理圖,振蕩電路23包括放大電路43、第一負載電容陣列41 和第二負載電容陣列42，其中放大電路43與所述石英晶體24并聯(lián)，放大電路43的一端與 所述第一負載電容陣列41相連，另一端與所述第二負載電容陣列42相連；所述處理器21 與所述第一負載電容陣列41、第二負載電容陣列42相連。[0027]振蕩電路23和石英晶體24就形成了振蕩器，放大電路43為石英晶體24提供必 要的增益，負載電容陣列一方面提供石英晶體24振蕩所需的負載電容，另一方面調(diào)整輸出 頻率的精度。負載電容陣列是由一系列的開關(guān)和等值電容組合而成。每一個開關(guān)控制不同 的電容組合，而所有開關(guān)的組合又是由處理器21控制的，所以可通過處理器21發(fā)送不同的 信號，進行電容的任意組合。[0028]為了更清楚地闡述本實用新型電路的工作原理，下面結(jié)合環(huán)境溫度的變化來進一 步說明。[0029]假設(shè)環(huán)境溫度發(fā)生改變，由于晶體具有溫度特性，那么振蕩器的輸出頻率將會發(fā) 生偏移。此時溫度傳感器27將第一時間感知溫度的變化，并將變化后的電壓傳遞給AD轉(zhuǎn) 換器26。AD轉(zhuǎn)換器26將環(huán)境溫度進行編碼，形成8位數(shù)字信號，傳遞給處理器21，處理器 21將8位數(shù)字信號作為EEPR0M22的地址信號，讀取EEPR0M22的一組值，這一組值就代表此 時溫度下，電容陣列所要進行的組合量。[0030]處理器21將這一組值從EEPR0M22讀取后，再傳遞給振蕩電路23，去調(diào)節(jié)振蕩電路 23內(nèi)部的電容陣列。從而最終調(diào)整輸出頻率，將頻率偏移量修正。[0031]振蕩電路23輸出的時鐘信號為32. 768KHZ，經(jīng)過計時電路分頻，可輸出1024HZ、 秒、分、時等時鐘信號。[0032]處理器21接收所述計時電路25輸出的時鐘信號，按照所述時鐘信號控制所述溫 度傳感器27的開啟和關(guān)閉。這樣，溫度傳感器27可進行不同周期的采樣，有O. 5秒，2秒，10 秒，20秒四種選擇，這樣在不同的溫度變換環(huán)境下可相應(yīng)的選擇，溫度變化快的環(huán)境可以選 擇O. 5s，溫度變化慢的可以選擇20s，通過適當?shù)倪x取補償間隔，達到功耗最優(yōu)的目的。[0033]在振蕩器的工作溫度范圍內(nèi)，當環(huán)境溫度發(fā)生改變時，集成電路都可以有效的調(diào) 節(jié)輸出頻率的偏移，達到輸出時鐘的高精度要求。[0034]本實用新型采用數(shù)字型補償方法，速度快，穩(wěn)定性高，在應(yīng)用中已經(jīng)得到了充分的 展示。
權(quán)利要求1.一種高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器，包括石英晶體(24)，其特征在于，還包括集成電路(20)，所述集成電路(20)包括處理器(21)、溫度傳感器(27)、AD轉(zhuǎn)換器(26)、EEPROM (22)、振蕩電路(23)和計時電路(25)，其中， 所述處理器(21)分別與所述溫度傳感器(27)、AD轉(zhuǎn)換器(26)、EEPROM (22)、振蕩電路(23)、計時電路(25)相連，所述溫度傳感器(27)與AD轉(zhuǎn)換器(26)相連，所述振蕩電路(23)分別與石英晶體(24)、計時電路(25)相連；所述溫度傳感器(27)感應(yīng)溫度，將溫度參量轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換器(26 )，所述AD轉(zhuǎn)換器(26 )將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，發(fā)送給處理器(21)，所述處理器(21)按照接收到的數(shù)字電壓信號讀取EEPROM (22)中存儲的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所讀取到的數(shù)據(jù)控制振蕩電路(23)中負載電容的值；振蕩電路(23)輸出的時鐘信號經(jīng)所述計時電路(25)進行分頻后輸出至輸出端子。
2.如權(quán)利要求I所述的高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器，其特征在于，所述振蕩電路(23)包括放大電路(43)、第一負載電容陣列(41)和第二負載電容陣列(42)，其中放大電路(43)與所述石英晶體(24)并聯(lián)，放大電路(43)的一端與所述第一負載電容陣列(41)相連，另一端與所述第二負載電容陣列(42)相連；所述處理器(21)與所述第一負載電容陣列(41)、第二負載電容陣列(42)相連。
3.如權(quán)利要求I所述的高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器，其特征在于，所述EEPROM(22)為8位，512字節(jié)。
4.如權(quán)利要求I所述的高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器，其特征在于，所述處理器(21)接收所述計時電路(25)輸出的時鐘信號，根據(jù)所述時鐘信號控制所述溫度傳感器(27)的開啟和關(guān)閉。
專利摘要本實用新型公開了一種高精度數(shù)字溫度補償型晶體振蕩器，包括石英晶體和集成電路，所述集成電路包括處理器、溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM、振蕩電路和計時電路。所述溫度傳感器感應(yīng)溫度，將溫度參量轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換器，所述AD轉(zhuǎn)換器將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，發(fā)送給處理器，所述處理器按照接收到的數(shù)字電壓信號讀取EEPROM中存儲的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所讀取到的數(shù)據(jù)控制振蕩電路中負載電容的值；振蕩電路輸出的時鐘信號經(jīng)所述計時電路進行分頻后輸出至輸出端子。本實用新型在全溫度范圍內(nèi)，通過數(shù)字信號處理，對時鐘信號進行實時補償，可得到高精度的時鐘信號。
文檔編號H03B5/04GK202818228SQ20122052999
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者李建鋒, 張磊 申請人:西安深亞電子有限公司