CN104716904B - 一种晶体振荡器频率补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体振荡器频率补偿的方法，所述方法包括：建立晶体振荡器在工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系，同步期间，建立同步期间的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系，进而确定频率漂移和工作时间的对应关系，保持期间，实时获取晶体振荡器当前的工作温度以及工作时间，确定晶体振荡器当前所需的频率补偿值。本发明鉴于频率老化的特点，通过工作温度与频率漂移的对应关系以及同步期间测试获得的频率漂移确定频率老化的模型，即频率漂移和工作时间的关系，在保持期间，直接根据频率漂移和工作时间的对应关系和工作温度与频率漂移的对应关系得到当前所需的频率补偿值，从而保证了输出的频率补偿精度。

Description

一种晶体振荡器频率补偿的方法

技术领域

本发明涉及晶体振荡器技术领域，尤其涉及一种晶体振荡器频率补偿的方法。

背景技术

现有的晶体振荡器的补偿装置，一般由晶体振荡器模块、温度传感器模块、温度补偿处理模块以及振荡器控制模块组成。

在石英晶体附近的温度传感器模块中，热敏电阻感知工作温度变化，转换成电压信号，输入给温度补偿模块，温度补偿模块根据晶体振荡器的工作温度-频率曲线，生成相应的补偿信号，以控制晶体振荡器的震荡频率。

现有晶体振荡器的补偿方法为：在两段连续的工作时间段内，记录工作温度、工作时间和频率三个参数，根据相同工作温度点下两工作时间段的频率的差值获取模块老化的参数，即工作时间与频率的关系；以及在一个固定的工作时间段内，根据模块老化的参数得到该工作时间段内的老化参数，再由工作温度、工作时间和频率三个参数，得到工作温度引起的频率变化，即工作温度与频率的关系；然后，根据工作时间与频率的关系以及工作温度与频率的关系进行建模，得到晶体振荡器工作时的补偿频率的模型。

现有的补偿方法没有对温度特性进行剔除，当保持期间的工作温度变化超出同步期间的工作温度的变化范围时，单纯的依靠工作温度变化的推测无法做到很精确的补偿。请参考图1，图1为晶体振荡器工作时工作温度和工作时间的关系曲线图，其中，同步期间为晶体振荡器的本地时钟锁定GPS(Global Positioning System，全球定位系统)或与上级时钟同步的工作时间段，保持期间为晶体振荡器的本地时钟丢失GPS或不再与上级时钟同步的工作时间段。T1、T2、T3分别表示确定的工作温度点，如T1为25度，T2为15度，T3为50度。

在同步期间，晶体振荡器的工作温度变化是从T1到T2，保持期间晶体振荡器的工作温度化是T1到T3，两期间的温度变化不一样，依靠同步阶段得到的工作温度与频率的关系推测保持阶段的工作温度带来的频率变化，可能会导致推测有误，因此该技术无法保证补偿频率的精度。

此外，现有技术还需要保证温度传感器的工作温度测量值准确，且温度补偿处理模块中的工作温度-频率曲线正确，这样温度补偿处理模块才能输出正确的频率补偿值。然而在大规模应用中，各个温度传感器具有离散性，且晶体振荡器的工作温度-频率曲线也存在离散性，需要对它们进行校准，这种在宽工作温度范围内的校准对大规模生产时的工作时间和生产成本有重大影响。

发明内容

本发明实施例提供一种晶体振荡器频率补偿的方法，来解决以上技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提供一种晶体振荡器频率补偿的方法，包括：

建立晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系；

同步期间，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移；

建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系；

根据同步期间的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系、工作温度与频率漂移的对应关系建立频率漂移和工作时间的对应关系；

保持期间，实时获取晶体振荡器当前的工作温度以及工作时间；

根据晶体振荡器当前的工作时间、频率漂移和工作时间的对应关系得到第一频率补偿值；

根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系得到第二频率补偿值；

确定晶体振荡器当前所需的频率补偿值；晶体振荡器当前所需的频率补偿值为第一频率补偿值和第二频率补偿值之和。

优选的，所述步骤：建立晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系，具体包括：

在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移；

根据获得的晶体振荡器在不同工作温度下的频率漂移建立工作温度与频率漂移的对应关系。

优选的，所述步骤：建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系，具体包括：

同步期间，在预设的第二测试时段内，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移；

根据获得的晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移建立频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系。

优选的，所述步骤：在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移之前，还包括：

预先设置第一测试时段和第二测试时段。

优选的，所述步骤：在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移之后还包括：

将获得的晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移存储于晶体振荡器的存储器中。

优选的，所述步骤：根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系得到第二频率补偿值，具体包括：

判断所述存储器中是否存储有与当前的工作温度对应的频率漂移；

若是，从所述存储器中获取与当前的工作温度对应的频率漂移，根据获取的与当前的工作温度对应的频率漂移确定第二频率补偿值；

否则，根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系得到第二频率补偿值。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果：本发明鉴于频率老化的特点，通过工作温度与频率漂移的对应关系以及同步期间采样获得的多个频率漂移确定频率老化的模型，即频率漂移和工作时间的关系，在保持期间，直接根据频率漂移和工作时间的关系、工作温度与频率漂移的对应关系得到当前所需的频率补偿值，从而保证了输出的频率补偿精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获取其他的附图。

图1是晶体振荡器工作时工作温度和工作时间的关系曲线图。

图2是本发明实施例提供的晶体振荡器频率补偿的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2是本发明实施例提供的晶体振荡器频率补偿的方法流程图。该方法包括：。

S100、预先设置第一测试时段和第二测试时段。

本步骤为预置步骤，在第一测试时段内建立工作温度与频率漂移的对应关系，在第二测试时段内建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系。

晶体振荡器的关键参数中包括晶体振荡器的老化参数，即晶体振荡器的频率随着工作时间的长期流逝而产生的变化，一般以周、月或年计算。因此，设置第一测试时段为较短的一个工作时间段，如设置第一工作时间段为1小时、5小时等，工作时间对频率漂移的影响基本可忽略；设置第二测试时段为较长的一个工作时间段，该工作时间段足够长，已能对频率漂移产生一定的影响，如设置第二测试时段为一周、一月、一年等。

S110、建立晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系。该步骤具体包括：

S111、在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移。

将晶体振荡器放在可控温箱中，通过调节可控温箱的工作温度变化，测出晶体振荡器在全温区下的频率漂移，如：调节可控温箱的工作温度从-25摄氏度到75摄氏度逐渐增加，获得不同工作温度下的晶体振荡器的频率漂移F(T)，并将多个工作温度和多个频率漂移F(T)一一对应的存储起来，如存储于晶体振荡器的存储器中，作为预存值。

S112、根据获得的晶体振荡器在不同工作温度下的频率漂移建立工作温度与频率漂移的对应关系。

在步骤S111中，获得多个工作温度和对应的多个频率漂移的数据后，根据这些数据即可获得工作温度与频率漂移的对应关系，包括工作温度与频率漂移的关系曲线和/或关系式。

S120、时钟同步。

时钟同步，即通过GPS或上级时钟给晶体振荡器一个标准信号，晶体振荡器的控制电路根据这个标准信号，使晶体振荡器的输出信号和这个标准信号进行同步，这个过程称为时钟同步的过程，或称为锁定GPS或上级时钟。

S130、建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系。

步骤S130具体包括：

S131、在锁定GPS或上级时钟后，在预设的第二测试工作时间内，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移。

晶体振荡器在锁定GPS或上级时钟后的工作时间段，也称为同步时段或同步期间。

同步期间，在预设的第二测试时段内，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移。

S132、根据获得的晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移，建立频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系的对应关系。

根据步骤S131中获取的多个工作时间、工作温度下的频率漂移，建立频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系的对应关系F(t，T)＝F(t)+F(T)。

S140、根据同步期间的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系、工作温度与频率漂移的对应关系建立频率漂移和工作时间的对应关系。

通过步骤S132中的建立的对应关系F(t，T)＝F(t)+F(T)以及步骤S111中建立的对应关系F(T)，即可建立频率漂移和工作时间的对应关系F(t)。

具体的，关系式F(t，T)＝F(t)+F(T)中，F(T)为已知，对应确定的工作温度时，F(T)可作为常数，提取步骤S111中的预存值，即不同工作温度下的频率漂移，通过该预存值和关系式F(t，T)＝F(t)+F(T)即可剔除工作温度带来的频率漂移，得到频率的老化模型F(t)，即频率漂移和工作时间的关系。

S150、取消或不进行时钟同步。

取消或不进行时钟同步，进入保持期。保持期为晶体振荡器丢失GPS或上级时钟的工作时段，晶体振荡器工作于该时段时，即晶体振荡器工作于保持期间时，输出信号不再和GPS或上级时钟实时同步。

S160、保持期间，实时获取晶体振荡器当前的工作温度以及工作时间。

S170、确定晶体振荡器当前所需的频率补偿值。

步骤S170具体包括：

S171、根据晶体振荡器当前的工作时间、频率漂移和工作时间的对应关系F(t)得到第一频率漂移，根据第一频率漂移即可确定第一频率补偿值。

S172、根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系F(T)得到第二频率补偿值。

S173、计算获得晶体振荡器当前所需的频率补偿值。

晶体振荡器当前所需的频率补偿值为第一频率补偿值和第二频率补偿值之和。

其中，步骤S172具体包括：

S1721、判断晶体振荡器的存储器中是否存储有与当前的工作温度对应的频率漂移；若是，进入步骤S1722，否则，进入步骤S1723。

S1722、从存储器中获取与当前的工作温度对应的频率漂移，根据获取的与当前的工作温度对应的频率漂移确定第二频率补偿值。

S1723、根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系F(T)得到第二频率补偿值。

理论上存储器中存储的工作温度是可以细分到0.00001℃，可以都能直接从存储器中找到与当前的工作温度对应的频率漂移。

本步骤中，根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系F(T)计算得到第二频率漂移，根据第二频率漂移即可得到第二频率补偿值。

本实施例中，实现本实施例的晶体振荡器频率补偿的方法的装置包括：晶体振荡器的控制电路、工作温度传感器、可控温箱、工作温度爬坡测试设备、GPS或上级时钟、频率检测设备、计算机、微控制单元等，其中，微控制单元包括存储器、一个或者一个以上的处理器和一个或者一个以上的程序；其中，一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置由一个或者一个以上处理器执行，一个或者一个以上程序包含用于进行以上步骤的指令。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种晶体振荡器频率补偿的方法，其特征在于，包括：

建立晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系；

同步期间，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移；

建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系；

根据同步期间的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系、工作温度与频率漂移的对应关系建立频率漂移和工作时间的对应关系；

保持期间，实时获取晶体振荡器当前的工作温度以及工作时间；

根据晶体振荡器当前的工作时间、频率漂移和工作时间的对应关系得到第一频率补偿值；

根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系得到第二频率补偿值；

确定晶体振荡器当前所需的频率补偿值；晶体振荡器当前所需的频率补偿值为第一频率补偿值和第二频率补偿值之和。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤：建立晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的工作温度与频率漂移的对应关系，具体包括：

在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移；

根据获得的晶体振荡器在不同工作温度下的频率漂移建立工作温度与频率漂移的对应关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤：建立同步期间的晶体振荡器的频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系，具体包括：

同步期间，在预设的第二测试时段内，获得晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移；

根据获得的晶体振荡器在不同工作时间、不同工作温度下的频率漂移建立频率漂移和工作时间以及工作温度的对应关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤：在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移之前，还包括：

预先设置第一测试时段和第二测试时段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤：在预设的第一测试时段内，获得晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移之后还包括：

将获得的晶体振荡器在晶体振荡器的工作温度范围内的不同工作温度下的频率漂移存储于晶体振荡器的存储器中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤：根据晶体振荡器当前的工作温度、工作温度与频率漂移的对应关系得到第二频率补偿值，具体包括：

判断所述存储器中是否存储有与当前的工作温度对应的频率漂移；

若是，从所述存储器中获取与当前的工作温度对应的频率漂移，根据获取的与当前的工作温度对应的频率漂移确定第二频率补偿值。