CN100395956C - 可自行校准的晶体振荡器及其专用集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可自行校准的晶体振荡器，包含：一相位比较器、一电气连接于该相位比较器的第一输入端的时钟信号垫、一电气连接于该相位比较器的第二输入端的振荡元件、一电气连接于该相位比较器的输出端的模拟/数字转换器，以及一电气连接于该模拟/数字转换器的输出端的存储器。该振荡元件是一温度补偿型振荡元件或一表面声波振荡元件。本发明的可自行校准的晶体振荡器可进一步包含：一设置于该相位比较器的第一输入端与该时钟信号垫之间的第一开关、一设置于该振荡元件与该时钟信号垫之间的第二开关，以及一用于控制该第一开关及该第二开关的逻辑控制元件。

Description

可自行校准的晶体振荡器及其专用集成电路

技术领域

本发明涉及一种晶体振荡器，特别地，涉及一种可自行校准的晶体振荡器，其可缩短成品的检测时间而降低整体测试成本。

背景技术

晶体振荡器一般应用于需要稳定输出频率的电子产品中，例如移动电话等移动式通信电子产品。此类晶体振荡器大多采用频率在10MHz左右的AT截断(AT-cut)石英片作为振动源来构成振荡电路。由于该AT截断石英片的输出频率会随其周围的温度而改变，因此实际上必须设计一种温度补偿电路以消除该AT截断石英片的输出频率的变化。

图1例示一AT截断石英片的输出频率对周围温度的关系图。如图1所示，该AT截断石英片的输出频率与周围温度大致呈三次曲线关系，例如：f＝αT³+βT²+γT+δ。该三次曲线可分成低温、中温及高温三个温度区间。在低温度区间(-35℃至约+10℃)中，该曲线包含正斜率的线性区域及改变斜率极性的非线性区域。在中温度区间(+10℃至+50℃)，该曲线具有负斜率的线性区域。在高温度区间(+50℃至+90℃)，该曲线包含正斜率的线性区域及改变斜率极性的非线性区域。

图2是一现有的晶体振荡器10的电路图。如图2所示，晶体振荡器10包含一温度检测电路12、一振荡电路20以及一温度补偿电路40。振荡电路20包含一AT截断石英片22、一并联于AT截断石英片22的反馈电阻24以及一并联于AT截断石英片22的反相器26。晶体振荡器10的输出端28从反相器26的输出侧伸出。振荡电路20还包含分别电气连接于AT截断石英片22两端的二个直流截断电容32、34以及二个可变电容36、38。温度检测电路12可利用一热敏电阻检测AT截断石英片22周围的温度，而温度补偿电路40则根据来自温度检测电路12的温度检测信号将振荡电路20的输出频率维持为一预定值。

温度补偿电路40包含一存储电路42及一数字/模拟转换电路44。存储电路42一般是由非易失性存储器构成，用于存储进行温度补偿所需的补偿数据(即用于描述三次曲线的参数)。数字/模拟转换电路44根据该补偿数据及来自温度检测电路12的温度检测信号输出一控制电压，该控制电压分别施加于可变电容36、38的正极以调整其振荡电容。这样，即可控制该振荡电路20的振荡频率，而使得晶体振荡器10的输出频率维持在产品规格容许的范围内。

由于AT截断石英片22是以机械方式(激光)切割而成，因此每一片AT截断石英片22的厚度及切割角度并不完全相同，导致其温度-频率特性亦彼此相异。同理，晶体振荡器10的电子元件之间也存在制程漂移所造成的特性差异。总而言之，晶体振荡器10彼此间存在着因制造程序所产生的差异，因此每一晶体振荡器10的温度-频率特性也不相同，因此必须测量每一晶体振荡器10在运作的温度区间(高、中、低三个温度区间)的温度-频率特性，并据以产生温度补偿数据后写入存储电路42中。然而，分别测量每一晶体振荡器10的温度-频率特性是一件相当耗费时间的工作，导致晶体振荡器10的整体测试成本急剧增加。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可自行校准的晶体振荡器，其可缩短成品的检测时间以降低整体测试成本。

为了达到上述目的，本发明提供一种可自行校准的晶体振荡器，其包含一相位比较器、一电气连接于该相位比较器的第一输入端的时钟信号垫、一电气连接于该相位比较器的第二输入端的振荡元件、一电气连接于该相位比较器的输出端的模拟/数字转换器，以及一电气连接于该模拟/数字转换器的输出端的存储器。该振荡元件是一温度补偿型振荡元件或一表面声波振荡元件，而该存储器是一非易失性存储器。

本发明的可自行校准的晶体振荡器还可包含一设置于该相位比较器的第一输入端与该时钟信号垫之间的第一开关、一设置于该振荡元件与该时钟信号垫之间的第二开关以及一用于控制该第一开关及该第二开关的逻辑控制元件。当该晶体振荡器在进行自行校准时，该第二开关是处于关闭状态且该第一开关是处于开启状态，因此一参考时钟可经由该时钟信号垫传送至该相位比较器的第一输入端。相应地，当该晶体振荡器欲输出一时钟信号时，该第一开关是处于关闭状态且该第二开关是处于开启状态，因此该振荡元件的时钟信号经温度补偿后可经由该时钟信号垫而稳定地输出。

与现有技术相比，由于本发明的晶体振荡器在接收到该校准信号后即可自行进行校准，因此在并联若干个晶体振荡器后一测试平台可同时(平行地)进行温度校准。这样，该测试平台所消耗的校准时间由该若干个晶体振荡器均分，因而降低每一个晶体振荡器的校准时间以降低其测试成本。

附图说明

图1例示一AT截断石英片的输出频率对周围温度的关系图；

图2是一现有的晶体振荡器的电路图；

图3是根据本发明的晶体振荡器的示意图；

图4是根据本发明的集成电路的功能方块图；

图5是根据本发明的晶体振荡器的运作流程图；

图6是根据本发明的晶体振荡器的并联示意图；

图7是根据本发明的专用集成电路的功能方块图。

图中元件符号说明：

50晶体振荡器

52振荡元件

60集成电路

62、102时钟信号垫

64电源垫

66接地垫

68控制垫

70、110相位比较器、

70A、110A第一输入端、

70B、110B第二输入端、

70C、110C输出端

72、112第一开关

74、114第二开关

76逻辑控制元件

78高压检测器

80、120模拟/数字转换器

80C输出端

82、134数字/模拟转换器

84、136温度检测器

90存储器

100专用集成电路、

122系统总线、124内置式处理器、126系统存储器

132缓存器

实施本发明的最佳方式

图3是根据本发明的可自行校准的晶体振荡器50的示意图。如图3所示，可自行校准的晶体振荡器50包含一振荡元件52、一电气连接于振荡元件52的集成电路60、一时钟信号垫62、一电源垫64、一接地垫66以及一控制垫68。振荡元件52可以是一温度补偿型振荡元件或一表面声波振荡元件。

图4的根据本发明的集成电路60的功能方块图。如图4所示，集成电路60包含一相位比较器70、一电气连接于相位比较器70的输出端70C的模拟/数字转换器80以及一电气连接于模拟/数字转换器80的输出端80C的存储器90。时钟信号垫62是电气连接于相位比较器70的第一输入端70A，而振荡元件52是电气连接于相位比较器70的第二输入端70B。存储器90是一非易失性存储器。

根据本发明的集成电路60还可包含一设置于相位比较器70的第一输入端70A与时钟信号垫62之间的第一开关72、一设置于振荡元件52与时钟信号垫62之间的第二开关74以及一用以控制第一开关72及第二开关74的逻辑控制元件76，其中第二开关74的数据流方向相反于第一开关72的数据流方向。逻辑控制元件76运作所需的工作时钟可由一内建时钟发生器(例如电阻电容时钟发生器)提供。集成电路60还可包含一电气连接电源垫64及逻辑控制元件76的高压检测器78。

当晶体振荡器50在进行自行校准时，逻辑控制元件76关闭第二开关74并开启第一开关72。因此一测试平台可经由时钟信号垫62及第一开关72输入一参考时钟至相位比较器70的第一输入端70A。相位比较器70比较参考时钟与振荡元件52的时钟并产生一相位差信号(即频率误差信号)，而模拟/数字转换器80则将该相位差信号转换成一数字信号(温度补偿数据)后由一升压电路(pumping circuit)储存于存储器90。

相应地，当晶体振荡器50欲输出一时钟信号时，逻辑控制元件76将关闭第一开关72并开启第二开关74。数字/模拟转换器82则根据储存于存储器90的温度补偿数据及来自温度检测器84的温度检测信号而输出一控制电压以校准该振荡元件52的时钟，因此振荡元件52的时钟经温度补偿后可经由第二开关74及时钟信号垫62稳定地输出。

图5是根据本发明的晶体振荡器50的运作流程图。如图5所示，首先检查该电源电压是否高于一临界电压，其中该临界电压可设成例如120％的电源电压。若该电源电压低于该临界电压，则晶体振荡器50是处于正常运作模式并输出经温度补偿的时钟信号。若该电源电压是高于该临界电压，则检查环境温度是否为最后一个校准温度(一般而言，晶体振荡器需分别在低温、中温、高温三个温度区间进行校准)。若是最后一个校准温度，则终止校准程序。若不是最后一个校准温度，则启动振荡元件52并从时钟信号垫62输入一参考时钟。之后，相位比较器70比较该参考时钟与振荡元件52的时钟并产生一相位差信号(即频率误差信号)。模拟/数字转换器80接着将该频率误差信号转换成一数字信号，并经由一升压电路写入存储器90。之后，将振荡元件52关闭并进行下一个温度的校准。

图6是根据本发明的晶体振荡器50的并联示意图。由于本发明的晶体振荡器50在接收到一高于电源电压120％的电压(即校准信号)后即可自行进行校准，因此可并联若干个晶体振荡器50的时钟信号垫(CLK)62、电源垫(VDD)64、接地垫(GND)66及控制垫(PDN)68后，再通过一测试平台由时钟信号垫62输入该参考时钟，并经由电源垫64输入该校准信号以激活逻辑控制元件76。之后，每一个晶体振荡器50的逻辑控制元件76即可自行控制并进行温度校准程序。也就是说，每一个晶体振荡器50是同时(平行地)进行温度校准。

图7是根据本发明的专用集成电路100的功能方块图。如图7所示，专用集成电路100包含一系统总线122、一电气连接于系统总线122的内置式处理器124、一电气连接于系统总线122的系统存储器126、一时钟信号垫102、一电气连接于时钟信号垫102的相位比较器110、一电气连接于相位比较器110的输出端110C的模拟/数字转换器120。模拟/数字转换器120也电气连接于系统总线122，以便将其输出经由系统总线122传送至系统存储器124。专用集成电路100还包含一设置于相位比较器110的第一输入端110A与时钟信号垫102之间的第一开关112，以及一设置于一外部振荡元件130与时钟信号垫102之间的第二开关114。

专用集成电路100在进行外部振荡元件130的温度校准时，内置式处理器124经由系统总线122传送一控制指令以关闭第二开关114并开启第一开关112。因此一测试平台可经由时钟信号垫102及第一开关112输入一参考时钟至相位比较器110的第一输入端110A。相位比较器110比较该参考时钟与外部振荡元件130的时钟并产生一相位差信号(即频率误差信号)，而模拟/数字转换器120则将该频率误差信号转换成一数字信号(温度补偿数据)后经由系统总线122而存储于系统存储器126。

相应地，当专用集成电路100欲输出一时钟信号时，内置式处理器124经由系统总线122传送一控制指令以关闭第一开关112且开启第二开关114，并将存储于系统存储器106的温度补偿数据加载于缓存器132。数字/模拟转换器134则根据储存于缓存器132的温度补偿数据和来自温度检测器136的温度检测信号，输出一控制电压以校准外部振荡元件130的时钟。因此外部振荡元件130的时钟经温度补偿后可经由第二开关114及时钟信号垫102稳定地输出。

与现有技术相比较，由于根据本发明的晶体振荡器50在接收到校准信号后即可自行进行校准，因此在并联若干个晶体振荡器50后一测试平台可同时(平行地)进行温度校准。这样，测试平台所消耗的校准时间是由若干个晶体振荡器50均分的，从而降低每一个晶体振荡器50的校准时间以降低其测试成本。

如上所述，已公开了本发明的技术内容及技术特点，然而本领域的技术人员仍可根据本发明的教示及公开而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种可自行校准的晶体振荡器，其特征在于其包含：

一相位比较器，包含一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

一时钟信号垫，电气连接于该第一输入端；

一振荡元件，电气连接于该第二输入端；

一模拟/数字转换器，电气连接于该相位比较器的输出端；

一存储器，电气连接于该模拟/数字转换器的输出端；

一第一开关，设置于该相位比较器的第一输入端与该时钟信号垫之间；

一第二开关，设置于该振荡元件与该时钟信号垫之间，且该第二开关的数据流方向与该第一开关相反；

一逻辑控制元件，用于控制该第一开关及该第二开关。

2.如权利要求1所述的可自行校准的晶体振荡器，其特征在于其另包含：

一电源垫；

一高压检测器，电气连接该电源垫及该逻辑控制元件。

3.如权利要求1所述的可自行校准的晶体振荡器，其特征在于其另包含一内建时钟产生器，用于提供该逻辑控制元件运作所需的工作时钟。

4.如权利要求3所述的可自行校准的晶体振荡器，其特征在于所述内建时钟产生器是一电阻电容振荡器。

5.一种晶体振荡器的专用集成电路，其特征在于其包含：

一系统总线；

一内置式处理器，电气连接于该系统总线；

一系统存储器，电气连接于该系统总线；

一时钟信号垫，可接受一参考时钟；

一相位比较器，用于产生该晶体振荡器的振荡元件的时钟和该参考时钟的频率误差；

一模拟/数字转换器，用于将该频率误差转换成一数字信号，且经该系统总线而存储于该系统存储器；

一第一开关，设置于该相位比较器与该时钟信号垫之间；

一第二开关，设置于该振荡元件与该时钟信号垫之间。

6.如权利要求5所述的晶体振荡器的专用集成电路，其特征在于其另包含一电气连接于系统总线的缓存器，用于在该第二开关开启时存储该系统存储器的数据。

Images