CN110034757B - 石英晶体振荡器频率调谐阵列的控制 - Google Patents
石英晶体振荡器频率调谐阵列的控制 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110034757B CN110034757B CN201811467579.7A CN201811467579A CN110034757B CN 110034757 B CN110034757 B CN 110034757B CN 201811467579 A CN201811467579 A CN 201811467579A CN 110034757 B CN110034757 B CN 110034757B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quartz crystal
- crystal resonator
- frequency
- circuit
- control word
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 90
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 90
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 49
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 34
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N chloralodol Chemical compound CC(O)(C)CC(C)OC(O)C(Cl)(Cl)Cl QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
- H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
- H03B5/36—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
- H03B5/366—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the frequency by a variable voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/02—Details
- H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/022—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/022—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature
- H03L1/026—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature by using a memory for digitally storing correction values
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/028—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only of generators comprising piezoelectric resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
- H03L7/0991—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator being a digital oscillator, e.g. composed of a fixed oscillator followed by a variable frequency divider
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
- H03L7/183—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
可切换电容器或电阻器的阵列被连接至石英晶体谐振器，并且由脉冲宽度调制来控制。
Description
优先权要求
本申请要求享有2017年12月4日提交的法国专利申请No.1761612的优先权权益，该申请在此以由法律所允许的最大程度通过全文引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及电子电路，并且更具体地涉及包括微处理器或微控制器的电路。本公开更特别地适用于具有从石英晶体谐振器提取的频率的电子电路。
背景技术
使用石英晶体谐振器以在电子电路中产生时钟信号是特别普通的，特别是在包括微处理器或微控制器的系统中。石英晶体谐振器是不同于其他电子电路的部件，被组装在互联板上，通常是容纳了微控制器以及系统其他电路的印刷电路晶片。
在大多数应用中，石英晶体谐振器具有在通常温度范围内提供温度稳定频率(具有0.5ppm/℃量级的变化)的优点。然而，在某些应用中，该精确度似乎不足够。
以专用集成电路形式提供的温度补偿石英振荡器(TCXO)是已知的，但是该电路通常是复杂且昂贵的。
发明内容
希望具有一种基于石英振荡器的温度稳定的信号。
也希望具有一种简单且廉价的电路。
一个实施例减小了用于从石英晶体谐振器产生信号的已知技术的缺点的全部或一部分。
一个实施例提供了一种避免持久温度测量的解决方案。
一个实施例提供了一种与石英晶体谐振器频率的电容性或电阻性调节的现有电路兼容的方案。
因此，一个实施例提供了一种控制连接至石英晶体谐振器的可切换电容器或电阻器的阵列的方法，其中由脉冲宽度调制执行控制。
根据一个实施例，将阵列的开关指派至控制字的位。
根据一个实施例，对于控制字的相同值执行脉冲宽度调制控制。
根据一个实施例，脉冲宽度表示两个二进制字之间的中间状态。
根据一个实施例，所述字源自石英晶体谐振器温度的预期变化的模型。
根据一个实施例，石英晶体谐振器连接至具有触发所述控制的功能的激活或去激活的电子电路。
根据一个实施例，所述模型适用于对功能的激活或去激活测得的初始温度。
根据一个实施例，所述功能是射频传输功能。
根据一个实施例，传输功能遵循LoRa标准。
一个实施例提供了一种被配置用于实施所述方法的、包括电路和石英晶体谐振器的电子装置。
根据一个实施例，所述电路是微控制器。
附图说明
将结合附图在以下具体实施例的非限定性说明中详细讨论前述和其他特征以及优点，其中：
图1是使用石英晶体谐振器的电子系统的简化表示；
图2在相同图表上说明了对于温度升高石英晶体谐振器的频率随时间变化的典型示例；
图3以框图的形式非常示意性地示出了石英晶体谐振器的频率的温度补偿电路的实施例；
图4非常示意性地说明了可变电容器的实施例；
图5说明了根据温度、并未温度补偿的石英晶体的频率灵敏度的示例；以及
图6A和图6B说明了借由可切换电容器调节石英晶体谐振器的频率的方法的实施方式模式。
具体实施方式
已经在不同附图中采用相同参考数字标明了相同元件。
为了清楚，已经仅示出并将详述有助于将要描述的实施例的理解的那些步骤和元件。特别地，尚未详述由与石英晶体谐振器耦合的电子电路使用所述石英晶体谐振器所产生信号，所述实施例与机遇石英晶体谐振器的时钟信号的通常应用兼容。
除非另外规定，当涉及连接在一起的两个元件时，这意味着除了导体之外没有中间元件的直接相连，以及当涉及耦合在一起的两个元件时，这意味着两个元件可以直接耦合(连接)或经由一个或多个其他元件而耦合。
在以下说明书中，当涉及术语“近似地”、“大约”和“以……量级”时，这意味着在10％内，优选地在5％内。
图1是使用石英晶体谐振器的电子系统的简化表示。
石英晶体谐振器1由其两个电极连接至电子电路2(例如微处理器或微控制器(μC))的端子21和23。端子21和23分别耦合至放大器22(反相器)的输入和输出，以例如从两个端子25(在电势Vdd处)和27(在接地处)之间电源电压Vdd提取的DC电压Vdd为放大器22供电。电阻性元件24进一步耦合端子21和23。电容性元件31将石英晶体谐振器1的电极耦合至接地27。电容性元件31和电阻性元件24的功能是调节石英晶体谐振器1的谐振频率。根据本申请，元件31在电路2内部或外部。
石英晶体谐振器1的振荡频率可能受到其组装以及与微控制器2的互连的干扰，该微控制器2具有与其连接的石英晶体谐振器和在印刷电路晶片(未示出)上对应连接。为了设置振荡频率，一旦在晶片上组装了石英晶体谐振器1和微控制器2，则执行石英晶体谐振器1的校准，以调节电容性元件31的数值并获得所需振荡频率。在电子系统首次通电处初始校准期间一劳永逸地执行该调节。调节因此是静态的。
然而，在某些应用中，在某些操作阶段中电路的加热以太强的比例产生石英晶体谐振器1的频率漂移。特别地，在射频发射-接收应用中，必须满足在传输功率方面的需求，这产生热量以使得石英晶体谐振器1的谐振频率以比例变化使得载波频率不再维持在所需频率范围内。该现象在电路寿命中进一步是瞬时的，在这点上其仅在传输阶段发生。
实际上，已经设想了在初始校准阶段期间考虑最高操作频率。然而，振荡频率随之在传输周期之外可以并非那么理想。
该暂时过热的问题特别存在于与根据LoRa、LoRaWan或类似标准传输兼容的电路中。在该应用中，传输协议对于一秒量级的持续时间要求以数十dBm的功率而传输相位，该持续时间由以数百秒量级的持续时间分隔。因此，这并非可耐久的加热，但是周期之间突然和临时加热足够长时间对于电路而言必需时间冷却降温。
一般地，LoRa标准要求数十dBm(例如以22dBm的量级)的传输功率。这产生了在电路级的加热，其使得在传输周期期间频率漂移可以达到0.15ppm量级。在传输周期期间载波的频率漂移以及更通常从由石英晶体谐振器所提供时钟信号得到的任意频率的漂移可以发现不利于电路操作，特别是对于在接收模式中信号的解读。
可以设想使用温度补偿的石英晶体振荡器(TXCO)，从而提供比标准石英晶体谐振器更稳定的频率。然而，该温度补偿电路的成本通常使得该方案与对于电子系统制造所提出的经济准则不兼容。
也已经设想使用温度检测器以测量石英晶体谐振器温度，并且借由锁相环(PLL)来调节频率。然而，该锁相环可以引入特别地与射频发射-接收应用不兼容的相位噪声。进一步，该方案不必为频率数值提供所需精确度。
另一可能方案将是在印刷电路板上将微控制器或射频传输电路的石英晶体谐振器物理地移动到一边，以便其在传输期间对于温度较不敏感。该方案也将由在石英晶体谐振器和电路之间导电迹线的长度而引入相位噪声。进一步地，这可以通过增大体积而增加解决方案的成本。
下文所述的实施例由在装备了具有射频发射-接收功能的微控制器的系统中石英晶体谐振器、以及通常与其相关的静态调节电路的行为的新分析而得到，特别是可以观测到在其中以电路在此期间具有时间降温冷却的周期所分隔的强烈温度上升周期的系统中。
特别地，可以随时间变化而分析当其温度升高时石英晶体谐振器的频率的变化(特别地，增大)。由于发射电路(或更通常的产生热量的电子电路)的激活，该分析对于加热的情形中是特别感兴趣的。实际上，当希望频率稳定时，温度升高在包括该升高周期期间是渐进的。
根据所述实施例，提供了利用该分析的优点以修改石英晶体谐振器操作频率的调节的可切换电容值。随时间变化逐渐执行调节并且不根据连续温度测量。
图2在相同图表上说明了对于温度T的升高在时间t期间石英晶体谐振器的频率F的变化的典型示例。
所考虑的情形对应于根据LoRa标准传输，也即，相对于在两次传输之间的间隔以短时间段(以至少10的比率)高功率传输。假设在时刻t0处导通射频电路，其具有从石英晶体谐振器的谐振频率得到的载波。在时刻t0之前，电路正常操作，也即其操作在石英层级引起可忽略的加热。频率因此是稳定的。频率原则上在级别Fn下，对应于石英晶体谐振器的额定频率(例如32MHz)。然而图2说明了在频率Fn和频率Fi之间的间隔x，以突显在石英晶体谐振器1的开始，温度Ti不必是对于石英晶体谐振器1的额定频率所给定的参考温度。因此，如果需要的话，可以考虑第一补偿需求以使得数值Fi返回至额定数值Fn。
从时刻t0开始，假设LoRa协议，传输开始于同步前缀(synchronizationpreamble)。接着，从时刻t1，真实数据传输开始。在+22dBm下执行前缀和数据传输，但是由于系统的热惯性，可以在石英晶体级以轻微延迟而感知温度升高。在该轻微延迟之后，可以在增大的石英晶体谐振器频率上感知由于射频传输导致的温度升高效应。该升高逐渐地发生以达到级别Ff。从时刻t2开始，当传输停止时，电路冷却，这导致石英晶体谐振器频率的减小。根据LoRa协议的传输的示例，在频率Fi和Ff之间的间隔y对于小程度的温度变化Tf-Ti而达到1.5ppm的量级。现在，对于传输的可靠性而言，在传输周期期间，在该示例中希望频率稳定以在近似0.15ppm内。
进一步，对于其中传输周期和它们传输功率中是相同类型时间的应用，可以观察到该操作是可重现的，也即，由于射频电路的激活导致的频率变化对于给定的初始温度Ti总是具有基本上相同的大致形状。
根据本发明的第一方面，提供了利用该可重现特性以免除动态地测量温度以设置石英晶体谐振器频率的调节的电容的需求。
图3非常示意性地以框图形式示出了石英晶体谐振器的频率的温度补偿的电路4的一个实施例。
电路4优选地形成微控制器(2，图1)的一部分，其处理由石英晶体谐振器所提供的频率基准F。简化了图3的表示，并且电路4实际上包括作为应用的功能但是对于所述实施的讨论并非必须的许多其他部件。
石英晶体谐振器1由其两个电极11和13连接至电路4的两个输入端子41和43。每个端子41、43进一步分别由限定了可设置电容器51、53的可切换电容器的网络耦合至接地47。如果期望，则仅提供可设置的电容器。与图1中类似，端子41、43由采用电压Vdd供电的放大器42耦合(端子45和47)。由通常安装在电路4中或安装在于电路4相同的印刷电路板上的射频(RF)发射-接收链6等而使用从石英提取的频率F。
电容器51和53优选地由控制电路7(CTRL)所提供的b位字M数字可设置。例如，系统一旦通电，电路7处理非易失性存储器8的内容，其具有存储在其中的、根据对于石英晶体谐振器1所执行初始校准的电容器51和53的控制代码。
图4非常示意性说明了可变电容器51或53的实施例。
电容器51或53包括在电容器51、53的端子(45和41，或43和47)之间电容器C1...Cb与开关K1…Kb的b个串联结合的并联阵列。非可切换电容器C0优选地也与组件并联。b位字M中的每一个位控制一个开关K为闭合或关断状态，以在电路径中插入对应的电容器。作为具体实施例，电容器C0具有8pF量级的电容值，且电容器C1至Cb的等效电容值从0变化至4pF。
根据所述实施例，一旦射频链6激活/停止，则使用可切换电容器以补偿由于温度变化引起的预期频率漂移。
该补偿使用由于射频传输链的激活所引起的频率随时间变化的形状(图2)，以与由于温度引起变化相反的方式改变频率，并且因此抵消其效应。
由于该变化的可重现特性，对系统设计执行将随时间变化而进行校正的建模。可以通过对测试系统供电、以及通过测量由于传输链的导通而引起频率F的时间变化，以特别简单方式执行该建模。随后确定在该周期期间在电容器51和53级别将要进行以维持稳定频率F的校正。建模提供了校正值(二进制字)的表格V(图3)，其被存储在根据被测试系统所制造的所有电路的非易失性存储器8中。
假设频率时间变化无论电路的初始温度Ti如何基本上相同(温度差Tf-Ti总是相同，以及间隔t2-t0)，都足以在射频链的导通时刻知晓电路的初始温度Ti，以能够提供简单所要求的校正且无需后续温度测量。
优点在于，在使用石英晶体谐振器的大多数电路中，温度的数据表示的传感器通常用于石英晶体谐振器的初始校准，也即，将要进行的校正，一旦系统通电，频率Fi返回至频率Fn(间隔x，图2)。
能够精炼根据初始温度对射频链的激活做出的校正。实际上，单位为ppm/℃的频率变化有时对于极端温度更大。
图5说明了并未根据温度进行温度补偿的石英晶体谐振器的频率灵敏度的示例。
图5采用名称为AT以及最大操作范围从-40℃至+125℃的石英晶体谐振器作为示例。可以观察到，单位为ppm/℃的频率变化在从0至+40℃的温度范围中比在该范围之外更小。尽管该变化在从0至+40℃的整个范围中仅是几个ppm(例如小于5ppm)，在该范围外的灵敏度量级为0.5ppm/℃。
在有该类型石英晶体谐振器的情况下，优选地提供通过在三个初始温度情况中测试期间建模所获得的三个校正值表格，例如在0℃之下、在25℃量级的室温下、以及在40℃之上。
根据备选实施例，采用多项式替换校正表格，根据时间t提供了二进制控制字M。然而，在数字设置中为了简化。查找表是优选的实施例。
根据另一备选实施例，可切换电容器51和53替换为可切换电阻器或与其相关联。可以在某些实施例中实际上找到由电阻性或电阻性与电容型元件对石英晶体的频率调整。所述实施例可以容易地转置为这些实施例。
优选地，在射频源的激活期间所执行的建模也对于射频源的关断执行。因此，分别在射频源的激活和关断处频率的时间校正的两个模型是可应用的。然而，应该注意，最重要的是对于温度升高快速做出反应，以便数据传输在稳定频率处发生。不必干扰初始频率Fi的恢复，以在去激活之后花费更多时间，也即在传输之后，使得该频率在下一个传输周期处最厚达到。特别地，尽管在图2中已经说明了温度降低与频率减小之间的延迟，可以提供与图2的频率降低的逆过程不同的校正，使得频率至少在传输周期期间被校正。
根据以上第一方面，实施例的优点在于，在使用石英晶体谐振器用于射频传输的现有电路中，存在对于所提供温度时间补偿所需的所有部件。因此，所述方案的实施方式无需修改系统的硬件并且因此实施较不昂贵。
另一优点在于其废除了石英温度的动态测量。实际上，优点来自这样的事实，尽管难以精确地获知石英晶体谐振器对于温度变化的响应，但是由于加热引起的频率变化的可重现特性允许不进行温度测量的可靠建模。由传输的激活触发补偿。相对于时间而并未相对于温度执行建模的事实在此使得该建模可能且可靠。
在被采用作为可以视作产生问题的特别是在控制字的最高有效位的传递(例如对于6位字的从31至32)处的电容器的二进制开关切换的示例的情形中，由石英晶体谐振器的时间常数实际上补偿了该效应，这过滤了可能原本发生的频率跳跃。
通过应用图2中所示建模而随时间变化执行调节的精确性取决于电容51和53的调节分辨率，以及因此取决于调节位的数目b。
例如，采用具有0.5ppm/℃量级的平均灵敏度(实际上稍微小于0.5ppm/℃，采取图5的示例，因为范围从0至+40℃)的石英晶体谐振器，由6位字(在每个电容器51和53中的6个可切换电容器)所执行设置的分辨率是1ppm/位的量级。
该分辨率通常被导入用于在电路的通电处的静态校正。然而由于如在LoRa应用中产生了数百毫瓦的射频链的激活，这不足以补偿温度变化。实际上，在该应用中，希望0.15ppm量级的调节精确度，也即希望能够将频率F维持在+/-0.15ppm的范围内。
根据一个实施例，以更大控制总线(采用以上示例，超过10位)以及在每个电容器51和53中可控制电容器数目增加(从6至10)为代价而提供电容器51和53的分辨率。
根据本说明书的第二方面，提供了可切换电容器的具体控制，该可切换电容器实现功能地提高设置的分辨率。换言之，提供了比2b更大的石英晶体谐振器频率调节的精确度，其中b表示电容器51和53的可切换电容器数目。
为了实现这点，根据相对于电容器51、53的设置的粒度(也即由每个位所提供频率变化)的所需额外精确度，为每个位提供对可变宽度的脉冲控制。
优点在于由电容器51和53的石英晶体谐振器对于频率增加(或减小)所提供的阻尼，也即石英响应时间。
图6A和图6B示出了采用可切换电容器调节石英晶体谐振器的频率的方法的实施方式。
对于第一方面，所述方案转置为由可切换电阻器的调节或者混合调节。
这些附图示出了在采用相同二进制字M，也即电容器51和/或53的相同电容器的开关，而控制的两个示例中频率随时间变化。
图6A说明了频率F1以电容器51和53的控制的字M的位递增而变为频率F2。在此假设维持了开关。因此，考虑在6位之上之前所述的示例，频率递增对应于1ppm，这表示在频率F1和F2之间的间隔。如图6A中所示，从频率F1转变为频率F2在开关(时刻t6)处不是突然的，但是由与电容器51和53相关联的石英晶体谐振器的响应时间所阻尼。该现象用于增加分辨率并提供更好的精确度。
图6B说明了从频率F1转变为在频率F1和F2之间的中间频率F1+Δ。在此脉冲宽度调制控制信号(字M)不仅用于当达到数值F1+Δ时停止频率增大，而且也用于以所希望精度(在该示例中0.15ppm)维持频率在数值F1+Δ附近。实际上，这导致初始更宽的控制脉冲(或者更高的脉冲频率)，以增大频率直至所希望数值F1+Δ，并且随后导致较小宽度的脉冲，以维持频率在设定点附近。
控制脉冲的频率调节了在设定点频率F1+Δ附近的振荡。优点在于如下事实：石英晶体谐振器对于电容变化的时间响应对于设置该频率是决定性的。例如，假设在32MHz(额定频率)下石英晶体谐振器的响应时间对于1ppm增量(32kHz)在数百微秒的量级，对于电容性阵列的控制信号的截止脉冲的3MHz量级频率提供了0.1ppm量级的分辨率。
根据第二方面的实施例具有实现在较小数目位以及因此较简单可设置电容器之上仅使用二进制字，而同时允许比由位数目单独所提供的更高精确度和分辨率的优点。
优点在于这实现了提高现有电路的分辨率和稳定性而无需修改其结构。
当与第一方面组合时，根据第二方面所述的实施例是特别有利的。实际上，为了知晓根据第一方面的频率随着时间增大的模型，使用与根据第二方面调节频率值相同的量(时间)。
然而应该注意的是，在此关于第二方面所述的实施例更通常适用于由电容器和/或电阻器的可设置阵列对石英晶体谐振器的任何频率调节，例如在石英晶体谐振器温度的测量之后或者为了石英晶体谐振器振荡器的初始校准。
作为具体实施例，诸如以上所述的系统实施具有、作为微控制器，微控制器属于已知为STM32的微控制器类别。
两个所述方面的优点在于，它们的实施方式与软件实施方式兼容，并且随后无需硬件修改。因此，根据一个实施例，使用微控制器的现有硬件功能，
所述实施例的另一优点在于，它们与用于补偿由石英晶体谐振器所提供频率的温度漂移的任何其他技术方案兼容。特别地，它们可以作为这些其他解决方案的补充。
已经描述了各种实施例和变形例，这些各种实施例和变形例是可组合的。对于本领域技术人员将出现各种修改例。特别地，第二方面中脉冲宽度和它们频率的选择取决于应用。进一步，已经结合温度升高描述的所有情况容易地转置为温度降低。此外，在第一方面中选择校正值的表格的数目取决于对设计执行的建模。应该注意，建模所需的时间优选地与工业实施方式兼容，因为由于石英晶体谐振器朝向温度变化的行为的可重现特性，对设计执行的时间分析是充分可靠的。应该指出，尽管已经结合LoRa标准的示例更特别地描述了实施例，它们更通常转置为其中提出了类似问题的任何应用，特别是对于其中可重现温度增大的系统，能够被建模，可以被观测。进一步，尽管第一方面优选地采用可切换电容器或电阻器的阵列实施，不应排除具有模拟可变电容器(变容二极管)的实施例，特别是如果校正函数是多项式。最终，已经描述了的实施例的实际实施方式基于以上在此所给定的功能指示而在本领域技术人员的能力范围内。
这些改变、修改和改进意在作为本公开的一部分，并且有意设计为在本发明的精神和范围内。因此，前述说明书仅是借由示例的方式并且并非意在是限定性的。仅如以下权利要求以及其等价方式中所限定而限制本发明。
Claims (14)
1.一种控制电子电路的方法，包括：
响应于导致石英晶体谐振器的温度升高的所述电子电路的操作功能的激活，利用控制字的位来控制连接至所述石英晶体谐振器的可切换电容器或电阻器的阵列的开关；
其中所述控制包括执行所述控制字的至少一个位的脉冲宽度调制，以在从所述操作功能的激活开始的时间段上调制所述石英晶体谐振器的频率；以及
所述控制字源自作为从所述操作功能的激活起经过的时间的函数的预期频率漂移的模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制包括使用所述控制字的对应位来设置所述阵列中的开关的一些开关的状态，并且使用所述控制字的对应位在所述时间段上改变所述阵列中的至少一些其他开关的状态，以实现所述脉冲宽度调制。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对所述控制字的相同值执行所述脉冲宽度调制控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述脉冲宽度表示在两个二进制字之间的中间状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型被应用于对所述电子电路的所述操作功能的激活或去激活测量时的初始温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作功能是射频传输功能。
7.一种电子装置，包括：
电路；以及
石英晶体谐振器；以及
其中所述电路被配置为实施用于响应于导致所述石英晶体谐振器的温度升高的所述电子电路的操作功能的激活利用控制字的位来控制连接至所述石英晶体谐振器的可切换电容器或电阻器的阵列的开关的方法；
其中所述控制包括执行所述控制字的至少一个位的脉冲宽度调制，以在从所述操作功能的激活开始的时间段上调制所述石英晶体谐振器的频率；以及
所述控制字源自作为从所述操作功能的激活起经过的时间的函数的预期频率漂移的模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述电路是微控制器。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制包括使用控制字中的对应位来设置所述阵列中的开关的一些开关的状态，并且使用所述控制字的对应位在所述时间段上改变所述阵列中的至少一些其他开关的状态，以实现所述脉冲宽度调制。
10.根据权利要求7所述的装置，其中所述模型被应用于对所述电子电路的所述操作功能的激活或去激活时测量的初始温度。
11.根据权利要求7所述的装置，其中所述操作功能是射频传输功能。
12.一种电路，包括：
石英晶体谐振器，具有第一端子和第二端子；
第一可切换电容器电路，耦合在所述第一端子和参考节点之间；
第二可切换电容器电路，耦合在所述第二端子和所述参考节点之间；
控制电路，被配置用于通过施加用于控制从所述石英晶体谐振器输出的振荡的频率的脉冲宽度调制信号，来在导致石英晶体谐振器的温度升高的电子电路的操作功能的激活之后的时间段上执行对所述第一可切换电容器电路和所述第二可切换电容器电路的控制操作；
其中根据作为从所述操作功能的激活起经过的时间的函数的预期频率漂移的模型来进行所述控制操作。
13.根据权利要求12所述的电路，其中，由可切换电容器的阵列实施所述第一可切换电容器电路和所述第二可切换电容器电路中的每个可切换电容器电路，其中所述阵列的开关被指派至控制字的位。
14.根据权利要求13所述的电路，其中，所述脉冲宽度调制信号表示在用于所述控制字的两个二进制字之间的中间状态。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1761612 | 2017-12-04 | ||
| FR1761612A FR3074623A1 (fr) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Commande d'un reseau d'adaptation de frequence d'un quartz |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110034757A CN110034757A (zh) | 2019-07-19 |
| CN110034757B true CN110034757B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=61913269
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811467579.7A Active CN110034757B (zh) | 2017-12-04 | 2018-12-03 | 石英晶体振荡器频率调谐阵列的控制 |
| CN201822014587.8U Active CN209233791U (zh) | 2017-12-04 | 2018-12-03 | 电子电路 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201822014587.8U Active CN209233791U (zh) | 2017-12-04 | 2018-12-03 | 电子电路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10944358B2 (zh) |
| CN (2) | CN110034757B (zh) |
| FR (1) | FR3074623A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3074624A1 (fr) * | 2017-12-04 | 2019-06-07 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Compensation en temperature d'un oscillateur a quartz |
| FR3107626B1 (fr) * | 2020-02-21 | 2022-03-11 | St Microelectronics Grenoble 2 | Compensation de dérive |
| US11329608B1 (en) * | 2020-10-23 | 2022-05-10 | Infineon Technologies Ag | Oscillator circuit with negative resistance margin testing |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1116886A (zh) * | 1993-11-29 | 1996-02-14 | 摩托罗拉公司 | 提供温度补偿晶体振荡器修改温度补偿信号的方法和装置 |
| WO2002003540A1 (en) * | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Cts Corporation | Controllable crystal oscillator |
| JP2003218636A (ja) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Citizen Watch Co Ltd | 温度補償型発振器 |
| KR20040057237A (ko) * | 2002-12-26 | 2004-07-02 | (주) 필란테크놀러지 | 다기능 수정발진기 |
| CN201298822Y (zh) * | 2008-11-04 | 2009-08-26 | 湖北致源电子股份有限公司 | 高频宽温高精度温度补偿晶体振荡器 |
| CN202906836U (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 石家庄衍兴电子有限公司 | 用于石英晶体振荡器的全数字温度补偿集成电路 |
| CN103684256A (zh) * | 2012-09-12 | 2014-03-26 | 无锡华润矽科微电子有限公司 | 内置晶振的高精度数字温度补偿振荡器电路结构 |
| CN103905000A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 联芯科技有限公司 | 频率调整的方法及终端设备 |
| CN107257240A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-17 | 电子科技大学 | 一种晶体振荡器的数字温度补偿方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3920008A1 (de) * | 1989-06-20 | 1991-01-10 | Philips Patentverwaltung | Phasenregelkreis |
| US5204975A (en) * | 1989-10-12 | 1993-04-20 | Seiko Epson Corporation | Digitally-corrected temperature-compensated crystal oscillator having a correction-suspend control for communications service |
| JP2003115720A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-04-18 | Nippon Precision Circuits Inc | 温度補償型発振器とその調整方法及び温度補償型発振用集積回路 |
| US20060267701A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Robert Eilers | Method and system for dynamically calculating values for tuning of voltage-controlled crystal oscillators |
| US7872542B2 (en) * | 2005-08-01 | 2011-01-18 | Marvell World Trade Ltd. | Variable capacitance with delay lock loop |
| US7868710B1 (en) * | 2009-02-04 | 2011-01-11 | Rf Micro Devices, Inc. | Digitally-controlled crystal oscillator circuit |
| US7990226B1 (en) * | 2009-05-11 | 2011-08-02 | Integrated Device Technology, Inc. | Non-linear crystal oscillator capacitive load circuits |
| US8248127B2 (en) * | 2010-08-05 | 2012-08-21 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. | Digital phase lock system with dithering pulse-width-modulation controller |
| US9966965B2 (en) * | 2016-06-10 | 2018-05-08 | Silicon Laboratories Inc. | Apparatus for low power signal generator and associated methods |
| US11082294B2 (en) * | 2017-08-15 | 2021-08-03 | Mueller International, Llc | Broadcast remote firmware update |
| FR3074624A1 (fr) * | 2017-12-04 | 2019-06-07 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Compensation en temperature d'un oscillateur a quartz |
-
2017
- 2017-12-04 FR FR1761612A patent/FR3074623A1/fr not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-12-03 CN CN201811467579.7A patent/CN110034757B/zh active Active
- 2018-12-03 US US16/207,696 patent/US10944358B2/en active Active
- 2018-12-03 CN CN201822014587.8U patent/CN209233791U/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1116886A (zh) * | 1993-11-29 | 1996-02-14 | 摩托罗拉公司 | 提供温度补偿晶体振荡器修改温度补偿信号的方法和装置 |
| WO2002003540A1 (en) * | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Cts Corporation | Controllable crystal oscillator |
| JP2003218636A (ja) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Citizen Watch Co Ltd | 温度補償型発振器 |
| KR20040057237A (ko) * | 2002-12-26 | 2004-07-02 | (주) 필란테크놀러지 | 다기능 수정발진기 |
| CN201298822Y (zh) * | 2008-11-04 | 2009-08-26 | 湖北致源电子股份有限公司 | 高频宽温高精度温度补偿晶体振荡器 |
| CN103684256A (zh) * | 2012-09-12 | 2014-03-26 | 无锡华润矽科微电子有限公司 | 内置晶振的高精度数字温度补偿振荡器电路结构 |
| CN202906836U (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 石家庄衍兴电子有限公司 | 用于石英晶体振荡器的全数字温度补偿集成电路 |
| CN103905000A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 联芯科技有限公司 | 频率调整的方法及终端设备 |
| CN107257240A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-17 | 电子科技大学 | 一种晶体振荡器的数字温度补偿方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN209233791U (zh) | 2019-08-09 |
| FR3074623A1 (fr) | 2019-06-07 |
| US20190173426A1 (en) | 2019-06-06 |
| US10944358B2 (en) | 2021-03-09 |
| CN110034757A (zh) | 2019-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110048713B (zh) | 石英晶体振荡器的温度补偿 | |
| CN110034757B (zh) | 石英晶体振荡器频率调谐阵列的控制 | |
| CN105322960B (zh) | 使用自激振荡器的时钟发生器及其方法 | |
| US7456699B2 (en) | Frequency controller for a monolithic clock generator and timing/frequency reference | |
| US7227424B2 (en) | Transconductance and current modulation for resonant frequency control and selection | |
| US7307486B2 (en) | Low-latency start-up for a monolithic clock generator and timing/frequency reference | |
| US10419008B2 (en) | System and method for voltage-controlled oscillator calibration | |
| US7612624B2 (en) | Resistor-capacitor oscillation circuit capable of adjusting oscillation frequency and method of the same | |
| US7719371B2 (en) | Spread spectrum clock and reference signal generator | |
| US7248124B2 (en) | Frequency calibration for a monolithic clock generator and timing/frequency reference | |
| CN111181489B (zh) | 一种压控振荡器及温漂补偿方法 | |
| US7482889B2 (en) | Apparatus and method of temperature compensating an ovenized oscillator | |
| EP3435549B1 (en) | Oscillator calibration system | |
| WO2014130525A1 (en) | Single insertion trimming of highly accurate reference oscillators | |
| US9602110B1 (en) | Oscillator amplifier biasing technique to reduce frequency pulling | |
| JP2008258710A (ja) | 温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法 | |
| JP5311545B2 (ja) | 発振器 | |
| CN110999072A (zh) | 用于晶体振荡器热漂移的后补偿 | |
| JP2002026658A (ja) | 水晶発振回路 | |
| JP2002135051A (ja) | 圧電発振器 | |
| CN113300673A (zh) | 漂移补偿 | |
| US8823462B2 (en) | Piezoelectric oscillation circuit and temperature-constant piezoelectric oscillator | |
| JP2024157047A (ja) | 発振回路および電子機器 | |
| JP2021122094A (ja) | 恒温槽型水晶発振器 | |
| JP2008301410A (ja) | 発振回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |