CN109921760B - Mems谐振器的温度补偿方法及装置、mems振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS谐振器的温度补偿方法及装置、MEMS振荡器。该温度补偿方法包括：获取温度常数和温度项系数，所述温度常数和所述温度项系数均与所述MEMS谐振器的模型参数关联；获取所述MEMS谐振器的温度；根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压。与现有技术相比，本发明实施例无需设置PLL，因此，本发明实施例可以使MEMS振荡器的运作频率大大降低。若MCU运作在MHz的频率量级，可以将MEMS振荡器的功耗控制在十毫安以下，使得MEMS振荡器在同样的参数表现下，达到更低的功耗与热性能要求，解决了现有的MEMS谐振器的温度补偿方法存在的功耗较大的问题。

Description

MEMS谐振器的温度补偿方法及装置、MEMS振荡器

技术领域

本发明实施例涉及微机电系统谐振器技术领域，尤其涉及一种MEMS谐振器的温度补偿方法及装置、MEMS振荡器。

背景技术

相对与传统石英晶体振荡器，基于硅工艺的微机电系统(Micro–Electro-Mechanical System，MEMS)谐振器更容易被整合到主流半导体工艺，并与其接口驱动IC电路直接连接。加上MEMS振荡器具有耐冲击、可编程等优点，MEMS振荡器正逐渐取代石英晶体振荡器，成为被广泛应用的微系统重要元件。

然而，MEMS振荡器对于温度的频率偏移仍然是一个有待解决的问题。由于MEMS硅物理的特性，MEMS振荡器的频率温度系数可达-31ppm/℃，即温度每上升一度，振荡的频率便改变-0.003％，假设产品的温度应用范围为-40℃到85℃时，频率的漂移便高达0.375％，该频率温度系数对于现今大多通信系统的应用都是不能接受的。为了解决温度漂移的问题，现有技术中采用小数N分频锁相环(高速锁相环)方案，该方案为被动补偿温度的方法，根据检测的温度变化，实时改变锁相环的分频值，在不改变MEMS谐振器自身频率的前提下，使得最后的振动输出频率稳定在目标的ppm值内。但由于采用高速锁相环方案需要使微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)运作在MHz的频率量级，锁相环(Phase Locked Loop，PLL)运作在GHz的频率量级，以保证有足够的步长以改正温度漂移。然而，采用高达GHz的频率量级的温度补偿电路使得振荡器的耗电量级在十毫安到几十毫安的范围内，视需要补偿的频率精度而定，一般在0.28ppm的三级钟要求时，功耗可以达到四十多毫安。因此，现有技术存在功耗较大的问题。

发明内容

本发明提供一种MEMS谐振器的温度补偿方法及装置、MEMS振荡器，以降低MEMS振荡器的功耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种MEMS谐振器的温度补偿方法，该温度补偿方法包括：

获取温度常数和温度项系数，所述温度常数和所述温度项系数均与所述MEMS谐振器的模型参数关联；

获取所述MEMS谐振器的温度；

根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压。

可选地，所述模型参数包括所述MEMS谐振器的频率无偏移温度、频率无偏移温度补偿电压、频率温度系数和模型本体参数；频率无偏移温度补偿电压为所述MEMS谐振器的温度为频率无偏移温度时的温度补偿电压；

所述温度常数由所述频率无偏移温度、所述频率无偏移温度补偿电压、所述频率温度系数和所述模型本体参数确定；

所述温度项系数由所述频率温度系数和所述模型本体参数确定。

可选地，所述根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压，包括：所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度。

可选地，所述温度常数a通过以下公式获得：

所述温度项系数k通过以下公式获得：

所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，m为MEMS谐振器模型的质量，f₀为MEMS谐振器模型的振荡频率，₀为MEMS谐振器模型的距离，为MEMS谐振器模型的面积，T为MEMS谐振器的温度，B为MEMS谐振器模型的频率温度系数，T₀为频率无偏移温度，V₀为频率无偏移温度补偿电压。

可选地，所述根据所述温度常数、所述温度项系数和所述温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压，还包括：

使用泰勒级数展开法，解得所述温度补偿电压；或者，

使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压。

可选地，所述使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压，包括以下步骤：

V_c ²＝a-kT

f(V_c)＝V_c ²-a+kT＝O

f′(V_c)＝2V_c

其中，为正整数。

可选地，所述使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压，包括：

迭代的次数为3次或4次。

第二方面，本发明实施例还提供了一种MEMS谐振器的温度补偿装置，该温度补偿装置包括：

常量获取模块，用于获取温度常数和温度项系数，所述温度常数和所述温度项系数均与所述MEMS谐振器的模型参数关联；

温度获取模块，用于获取所述MEMS谐振器的温度；

补偿电压获取模块，用于根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压。

可选地，所述补偿电压获取模块还用于，所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度；

使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压V_c。

第三方面，本发明实施例还提供了一种MEMS振荡器，该MEMS振荡器包括：

MEMS谐振器；

温度测量模块，所述温度测量模块的输入端与所述MEMS谐振器的温度传感器电连接，所述温度测量模块用于在其输出端输出温度信息；

如权利要求9所述的温度补偿装置，所述温度补偿装置的输入端与所述温度测量模块的输出端电连接，所述温度补偿装置用于在其输出端输出温度补偿电压控制信号；

电荷泵，所述电荷泵的输入端与所述温度补偿装置的输入端电连接，用于在其输出端输出温度补偿电压；

小信号放大模块，所述小信号放大模块的输入端与所述MEMS谐振器电连接，所述小信号放大模块用于在其输出端输出激励电压；

驱动电压生成模块，所述驱动电压生成模块的第一输入端与所述电荷泵的输出端电连接，第二输入端与所述小信号放大模块的输出端电连接，输出端与所述MEMS谐振器驱动电极输入端电连接；所述驱动电压生成模块用于根据所述温度补偿电压和激励电压，生成驱动电压，并向所述MEMS谐振器输出。

本发明实施例通过根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，采用电压反馈的方式有效调节谐振器的振动频率，使得MEMS谐振器的频率维持稳定，即采用主动调节的方式调节MEMS振荡器的频率特性，使得MEMS振荡器能保持稳定的振荡输出。在现有技术中，采用高速的锁相环作温度补偿的方案，采用GHz的频率量级的锁相环以保证有足够的步长来改正温度改变带来的频率偏移。与现有技术相比，本发明实施例无需设置PLL，因此，本发明实施例可以使MEMS振荡器的运作频率大大降低。若MCU运作在MHz的频率量级，可以将MEMS振荡器的功耗控制在十毫安以下，使得MEMS振荡器在同样的参数表现下，达到更低的功耗与热性能要求，解决了现有的MEMS谐振器的温度补偿方法存在的功耗较大的问题。另外，采用本发明实施例所提供的温度补偿方法，MEMS振荡器只需要设置温度监测模块和MCU等电路结构，所需要的电路结构简单。综上，与现有技术相比，本发明实施例具有功耗低、性能好、所需电路结构简单的效果，有利于MEMS振荡器技术应用到各个领域，提升了高性能MEMS振荡器的普及性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种MEMS振荡器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的温度补偿方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的弹簧-质量模型；

图4为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器随温度和电压改变的频率特性示意图；

图5为本发明实施例提供的一种采用牛顿-拉弗森方法的迭代求解示意图；

图6为本发明实施例提供的一种采用泰勒级数展开法求解得到的频率波形示意图；

图7为本发明实施例提供的一种采用牛顿-拉弗森方法求解得到的频率波形示意图；

图8为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的温度补偿装置的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种MEMS振荡器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种MEMS振荡器的结构示意图。参见图1，该MEMS振荡器包括温度测量模块110、温度补偿装置120、电荷泵130和MEMS谐振器140。温度测量模块用于检测MEMS谐振器的温度；温度补偿装置120用于根据输入的MEMS谐振器的温度信息，输出温度补偿电压；电荷泵130用于根据温度补偿装置120输出的温度补偿电压输出MEMS谐振器所需的温度补偿电压。

图2为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的温度补偿方法的流程示意图。该温度补偿方法可以由MEMS谐振器的温度补偿装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于MEMS振荡器中。例如，该装置例如可以是MEMS振荡器中的MCU。参见图2，该MEMS谐振器的温度补偿方法包括以下步骤：

S110、获取温度常数和温度项系数，温度常数和温度项系数均与MEMS谐振器的模型参数关联。

其中，温度常数和温度项系数根据MEMS谐振器的模型参数的不同，具有不同的取值，温度常数和温度项系数可以存储于非易失性存储器，也可以通过外置控制器传输至MEMS谐振器的温度补偿装置获得。

S120、获取MEMS谐振器的温度。

其中，获取MEMS谐振器的温度的方式有多种，例如，可以通过温度测量模块获得，也可以通过外置控制器传输至MEMS谐振器的温度补偿装置获得。

S130、根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压。

其中，MEMS谐振器的温度补偿电压根据MEMS谐振器的频率对温度的特性来设定的。温度补偿电压例如可以通过MCU提供，由于MCU引脚的电压较低，通过其引脚输出的表示温度补偿电压的电压信号一般不超过5V，可以通过控制电荷泵输出稳定的温度补偿电压。该温度补偿电压能够抵消温度对MEMS谐振器带来的影响。

本发明实施例通过根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，采用电压反馈的方式有效调节谐振器的振动频率，使得MEMS谐振器的频率维持稳定，即采用主动调节的方式调节MEMS振荡器的频率特性，使得MEMS振荡器能保持稳定的振荡输出。在现有技术中，采用高速的锁相环作温度补偿的方案，采用GHz的频率量级的锁相环以保证有足够的步长来改正温度改变带来的频率偏移。与现有技术相比，本发明实施例无需设置PLL，因此，本发明实施例可以使MEMS振荡器的运作频率大大降低。若MCU运作在MHz的频率量级，可以将MEMS振荡器的功耗控制在十毫安以下，使得MEMS振荡器在同样的参数表现下，达到更低的功耗与热性能要求，解决了现有的MEMS谐振器的温度补偿方法存在的功耗较大的问题。另外，采用本发明实施例所提供的温度补偿方法，MEMS振荡器只需要设置温度监测模块和MCU等电路结构，所需要的电路结构简单。综上，与现有技术相比，本发明实施例具有功耗低、性能好、所需电路结构简单的效果，有利于MEMS振荡器技术应用到各个领域，提升了高性能MEMS振荡器的普及性。

在上述各实施例的基础上，可选地，模型参数包括MEMS谐振器的频率无偏移温度、频率无偏移温度补偿电压、频率温度系数和模型本体参数。其中，频率无偏移温度补偿电压为MEMS谐振器的温度为频率无偏移温度时的温度补偿电压。温度常数由频率无偏移温度、频率无偏移温度补偿电压、频率温度系数和模型本体参数确定。温度项系数由频率温度系数和模型本体参数确定。

其中，频率无偏移温度例如可以是300K(27℃)，频率无偏移温度补偿电压例如可以是10V，频率温度系数例如可以是-31ppm。频率无偏移温度、频率无偏移温度补偿电压、频率温度系数和模型本体参数均可以存储于非易失性存储器内。频率温度系数为预设的温漂参数，示例性地，频率温度系数可以根据测量至少在两个不同温度下的频率偏差校准计算得出，以达到温度补偿更加精确的效果。

在上述各实施例的基础上，可选地，根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，包括：温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度。

在上述各实施例的基础上，可选地，温度常数a通过以下公式获得：

温度项系数k通过以下公式获得：

温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，m为MEMS谐振器模型的质量，f₀为MEMS谐振器模型的振荡频率，₀为MEMS谐振器模型的距离，为MEMS谐振器模型的面积，T为MEMS谐振器的温度，B为MEMS谐振器模型的频率温度系数，T₀为频率无偏移温度，V₀为频率无偏移温度补偿电压。

下面就本发明实施例提供的公式的原理进行说明。图3为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的弹簧-质量模型。参见图3，该弹簧-质量模型体现了MEMS谐振器在静电下物理关系。具体地，由电场引起的力F以电容C、电压V_c和其物理参数ε₀,,表达为：

基于静电带来的负弹簧系数为：

假设在没有静电时，振荡频率f₀与弹簧系数k和质量m的关系为：

而在静电的影响下，新的频率为：

在一般情况下，由于k_e＜＜k，所以公式(8)可以写成：

代进公式(6)的k_e和公式(7)的k后，得出频率与电压V_c变化的关系：

把温度的部分加进去，得到公式：

其中，-31ppm(T-300)的部分假设了每度为频率带来31ppm的偏差。在不失一般性，假设T＝300(27)时，温度的影响为0。另外，

部分只包括有关MEMS谐振器的特征尺寸、物理参数等。

图4为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器随温度和电压改变的频率特性示意图。参见图4，在不同温度下需要向MEMS谐振器提供不同电压以保持目标的振荡频率值。示例性地，在维持特定频率26MHz时，MEMS谐振器在不同温度下需要不同的电压V_c。

示例性地，假如已知在T＝300,V_c＝10时的振动频率为26MHz。若保证在不同的温度下保持恒定的频率，要满足以下公式

把公式(13)简化为：

求得在不同温度T时，V_c的电压公式

在上述各实施例的基础上，可选地，根据温度常数、温度项系数和温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，还包括：使用泰勒级数(Taylor Series)展开法，解得温度补偿电压；或者使用牛顿-拉弗森方法(Newton-Raphson method)，解得温度补偿电压。

其中，将公式(1)采用泰勒级数展开法的具体计算过程为，温度常数a和温度项系数k是两个常数，可以把公式(1)以泰勒级数表达，写成：

式中，

f⁽ⁿ⁾是n阶导数，可以将当T₀时，a_n等参数保存到非易失性存储器中。

将公式(1)采用牛顿-拉弗森方法的具体计算过程为，把公式(1)写成：

V_c ²＝a-kT     (17)

然后解方程(18)的根：

f(V_c)＝V_c ²-a+kT＝O       (18)

具体为：

f'(V_c)＝2V_c         (19)

其中，为正整数。V_c,n+1的值是由之前迭代n求得的V_c,n来计算得到。

本发明实施例采用牛顿-拉弗森方法可以以迭代的方式快速地解得V_c的值，简化了计算难度，节约了MCU的资源，达到了更精准确的温度补偿电压值，更加有利于稳定的振荡输出。

在上述实施例的基础上，可选地，根据牛顿-拉弗森方法，获得温度补偿电压，包括：迭代的次数为3次或4次。

图5为本发明实施例提供的一种采用牛顿-拉弗森方法的迭代求解示意图。参见图5，以牛顿-拉弗森方法可以迭代接近在该温度下补偿MEMS谐振器的最理想电压。由图5可以看出，当迭代次数是3时，求解结果已经非常接近f(V_c)＝0。

表1示出了本发明实施例提供的一种采用牛顿-拉弗森方法的迭代求解的结果，表2示出了本发明实施例提供的另一种采用牛顿-拉弗森方法的迭代求解的结果。其中，表1中温度为40℃，初始的温度补偿电压V_c设定为16V；表2中温度为27℃，初始的温度补偿电压V_c设定为11V。

表1

表2

由表1和表2可以看出，在迭代3至4次后，求解得到的温度补偿电压对应的频率已经只有0.26ppm的偏差或更好。

图6为本发明实施例提供的一种采用泰勒级数展开法求解得到的频率波形示意图。参见图6，利用n＝3阶的泰勒级数分别在温度点-30℃、-10℃、10℃、30℃、50℃和70℃，预测频率各温度分段的频率。可以看出，频率漂移为±28μHz，以及计算每个温度点的参数不同，需要保存到非易失性存储器中的参数较多。

图7为本发明实施例提供的一种采用牛顿-拉弗森方法求解得到的频率波形示意图。参见图7，采用牛顿-拉弗森方法，在3次迭代后已经有很好的效果，可以看出，频率漂移为±1μHz。以及采用牛顿-拉弗森迭代法只需保存在公式(21)中的参数a，k，所以占用的资源很少，而且计算速度在一般的MCU也会很快。因此，采用牛顿-拉弗森方法比采用泰勒级数方法具有精度高和占用资源少的优点。

在上述各实施例的基础上，可选地，本发明实施例可以采用微处理器运算的方法去得出理想的温度补偿电压，以避免模拟电路的精度较容易受电路中各元件的匹配、噪音所影响，提高补偿的精度。

本发明实施例还提供了一种MEMS谐振器的温度补偿装置，该温度补偿装置例如可以是集成于MEMS振荡器中的MCU中，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现。图8为本发明实施例提供的一种MEMS谐振器的温度补偿装置的结构示意图。参见图8，该MEMS谐振器的温度补偿装置包括：常量获取模块210、温度获取模块220和补偿电压获取模块230。常量获取模块210用于获取温度常数和温度项系数，温度常数和温度项系数均与MEMS谐振器的模型参数关联；温度获取模块220用于获取MEMS谐振器的温度；补偿电压获取模块230用于根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压。

本发明实施例通过设置补偿电压获取模块，用于根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，采用电压反馈的方式有效调节谐振器的振动频率，使得MEMS谐振器的频率维持稳定，即采用主动调节的方式调节MEMS振荡器的频率特性，使得MEMS振荡器能保持稳定的振荡输出。在现有技术中，采用高速的锁相环作温度补偿的方案，采用GHz的频率量级的锁相环以保证有足够的步长来改正温度改变带来的频率偏移。与现有技术相比，本发明实施例无需设置PLL，因此，本发明实施例可以使MEMS振荡器的运作频率大大降低。若MCU运作在MHz的频率量级，可以将MEMS振荡器的功耗控制在十毫安以下，使得MEMS振荡器在同样的参数表现下，达到更低的功耗与热性能要求，解决了现有的MEMS谐振器的温度补偿方法存在的功耗较大的问题。另外，采用本发明实施例所提供的温度补偿方法，MEMS振荡器只需要设置温度监测模块和MCU等电路结构，所需要的电路结构简单。综上，与现有技术相比，本发明实施例具有功耗低、性能好、所需电路结构简单的效果，有利于MEMS振荡器技术应用到各个领域，提升了高性能MEMS振荡器的普及性。

在上述各实施例的基础上，可选地，补偿电压获取模块还用于，温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度；

使用牛顿-拉弗森方法，解得温度补偿电压V_c。

本发明实施例采用牛顿-拉弗森方法，当迭代次数是3时，求解结果已经非常接近理想的温度补偿电压，在3次迭代后已经有很好的效果。以及采用牛顿-拉弗森迭代法只需保存在公式(21)中的参数a，k，所以占用的资源很少，而且计算速度在一般的MCU也会很快。因此，采用牛顿-拉弗森方法具有精度高和占用资源少的优点。

本发明实施例还提供了一种MEMS振荡器。图9为本发明实施例提供的一种MEMS振荡器的结构示意图。参见图9，该MEMS振荡器包括：MEMS谐振器310、温度测量模块320、如本发明任意实施例所提供的温度补偿装置340、电荷泵350、小信号放大模块360和驱动电压生成模块370。温度测量模块320的输入端与MEMS谐振器的温度传感器330电连接，温度测量模块320用于在其输出端输出温度信息。温度补偿装置340的输入端与温度测量模块320的输出端电连接，温度补偿装置340用于在其输出端输出温度补偿电压控制信号。电荷泵350的输入端与温度补偿装置340的输入端电连接，用于在其输出端输出温度补偿电压。小信号放大模块360的输入端与MEMS谐振器310电连接，小信号放大模块360用于在其输出端输出激励电压。驱动电压生成模块370的第一输入端与电荷泵350的输出端电连接，第二输入端与小信号放大模块360的输出端电连接，输出端与MEMS谐振器310的驱动电极输入端电连接；驱动电压生成模块370用于根据温度补偿电压和激励电压，生成驱动电压，并向MEMS谐振器输出。

其中，温度测量模块例如可以是温度传感器，温度传感器包括测温电阻，测温电阻可以设置于MEMS谐振器上，以增强检测的准确性。

可选地，该MEMS振荡器还可以包括A/D模块和D/A模块，其中，A/D模块将温度测量模块输出的模拟温度电压信号转换成数字温度电压信号，以供温度补偿装置计算所需的温度补偿电压。温度补偿装置输出的温度补偿电压控制信号为数字温度补偿电压控制信号，经D/A模块转换成模拟温度补偿电压控制信号，然后由电荷泵升压产生所需的温度补偿电压。

本发明实施例通过设置温度测量模块和温度补偿装置，其中温度补偿装置根据温度常数、温度项系数和MEMS谐振器的温度，确定MEMS谐振器的温度补偿电压，采用电压反馈的方式有效调节谐振器的振动频率，使得MEMS谐振器的频率维持稳定，即采用主动调节的方式调节MEMS振荡器的频率特性，使得MEMS振荡器能保持稳定的振荡输出。在现有技术中，采用高速的锁相环作温度补偿的方案，采用GHz的频率量级的锁相环以保证有足够的步长来改正温度改变带来的频率偏移。与现有技术相比，本发明实施例无需设置PLL，因此，本发明实施例可以使MEMS振荡器的运作频率大大降低。若MCU运作在MHz的频率量级，可以将MEMS振荡器的功耗控制在十毫安以下，使得MEMS振荡器在同样的参数表现下，达到更低的功耗与热性能要求，解决了现有的MEMS谐振器的温度补偿方法存在的功耗较大的问题。另外，采用本发明实施例所提供的温度补偿方法，MEMS振荡器只需要设置温度监测模块和MCU等电路结构，所需要的电路结构简单。综上，与现有技术相比，本发明实施例具有功耗低、性能好、所需电路结构简单的效果，有利于MEMS振荡器技术应用到各个领域，提升了高性能MEMS振荡器的普及性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种MEMS谐振器的温度补偿方法，其特征在于，包括：

获取温度常数和温度项系数，所述温度常数和所述温度项系数均与所述MEMS谐振器的模型参数关联；

获取所述MEMS谐振器的温度；

根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压；其中，所述根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压，包括：所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度；所述温度常数a通过以下公式获得：

所述温度项系数k通过以下公式获得：

所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，m为MEMS谐振器模型的质量，f₀为MEMS谐振器模型的振荡频率，d₀为MEMS谐振器模型的距离，A为MEMS谐振器模型的面积，T为MEMS谐振器的温度，T为MEMS谐振器模型的频率温度系数，T₀为频率无偏移温度，V₀为频率无偏移温度补偿电压。

2.根据权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，

所述模型参数包括所述MEMS谐振器的频率无偏移温度、频率无偏移温度补偿电压、频率温度系数和模型本体参数；频率无偏移温度补偿电压为所述MEMS谐振器的温度为频率无偏移温度时的温度补偿电压；

所述温度常数由所述频率无偏移温度、所述频率无偏移温度补偿电压、所述频率温度系数和所述模型本体参数确定；

所述温度项系数由所述频率温度系数和所述模型本体参数确定。

3.根据权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，所述根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压，还包括：

使用泰勒级数展开法，解得所述温度补偿电压；或者，

使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压。

4.根据权利要求3所述的温度补偿方法，其特征在于，所述使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压，包括以下步骤：

V_c ²＝a-kT

f(V_c)＝V_c ²-a+kT＝0

f′(V_c)＝2V_c

其中，n为正整数。

5.根据权利要求4所述的温度补偿方法，其特征在于，所述使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压，包括：

迭代的次数为3次或4次。

6.一种MEMS谐振器的温度补偿装置，其特征在于，包括：

常量获取模块，用于获取温度常数和温度项系数，所述温度常数和所述温度项系数均与所述MEMS谐振器的模型参数关联；

温度获取模块，用于获取所述MEMS谐振器的温度；

补偿电压获取模块，用于根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压；其中，所述根据所述温度常数、所述温度项系数和所述MEMS谐振器的温度，确定所述MEMS谐振器的温度补偿电压，包括：所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度；所述温度常数a通过以下公式获得：

所述温度项系数k通过以下公式获得：

所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，m为MEMS谐振器模型的质量，f₀为MEMS谐振器模型的振荡频率，d₀为MEMS谐振器模型的距离，A为MEMS谐振器模型的面积，T为MEMS谐振器的温度，B为MEMS谐振器模型的频率温度系数，T₀为频率无偏移温度，V₀为频率无偏移温度补偿电压。

7.根据权利要求6所述的温度补偿装置，其特征在于，所述补偿电压获取模块还用于，所述温度补偿电压通过以下公式获得：

其中，V_c为温度补偿电压，a为温度常数，k为温度项系数，T为MEMS谐振器的温度；

使用牛顿-拉弗森方法，解得所述温度补偿电压V_c。

8.一种MEMS振荡器，其特征在于，包括：

MEMS谐振器；

温度测量模块，所述温度测量模块的输入端与所述MEMS谐振器的温度传感器电连接，所述温度测量模块用于在其输出端输出温度信息；

如权利要求7所述的温度补偿装置，所述温度补偿装置的输入端与所述温度测量模块的输出端电连接，所述温度补偿装置用于在其输出端输出温度补偿电压控制信号；

电荷泵，所述电荷泵的输入端与所述温度补偿装置的输出端电连接，用于在其输出端输出温度补偿电压；

小信号放大模块，所述小信号放大模块的输入端与所述MEMS谐振器电连接，所述小信号放大模块用于在其输出端输出激励电压；

驱动电压生成模块，所述驱动电压生成模块的第一输入端与所述电荷泵的输出端电连接，第二输入端与所述小信号放大模块的输出端电连接，输出端与所述MEMS谐振器驱动电极输入端电连接；所述驱动电压生成模块用于根据所述温度补偿电压和激励电压，生成驱动电压，并向所述MEMS谐振器输出。

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