CN113300677A - 漂移补偿 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及漂移补偿。本公开涉及一种电子设备，包括：第一电容器和石英晶体，串联地耦合在第一节点和第二节点之间；反相器，耦合在第一节点与第二节点之间；第一可变电容器，耦合在第一节点和第三节点之间；以及第二可变电容器，耦合在第二节点和第三节点之间。

Description

漂移补偿
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年02月21日提交的法国申请号2001755的 权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子设备和方法，并且特别地涉及包括振荡电 路的电子设备以及相关联的方法。
背景技术
电子设备通常包括振荡电路，以便生成期望的中心频率。
石英晶体经常被用在振荡电路中。实际上，石英晶体的特征是当 接收电压时它们会生成相对稳定的振荡。
发明内容
一个实施例解决了包括石英晶体的已知电子设备的缺点中的全 部或一些缺点。
一个实施例提供了一种用于控制设备的方法，设备包括被配置成 向射频电路提供时钟信号的振荡电路，并且包括天线，其中，相对于 电路的功率放大器被使能的时刻，延迟对信号从电路到天线的传递进 行的使能。
根据一个实施例，信号从电路到天线的传递的使能与开关从第一 位置切换到第二位置的相对应，第一位置被配置成使得不能经由天线 进行发射，并且第二位置被配置成使得可以经由天线进行发射。
根据一个实施例，生成单个控制信号，以使能功率放大器并且使 能信号从电路到天线的传递，在控制信号到达被耦合在电路和天线之 间的开关之前，将延迟添加到该单个控制信号上，延迟是相对于该控 制信号到达放大器而言的。
根据一个实施例，延迟的持续时间小于一秒。
根据一个实施例，延迟的持续时间大于5ms。
根据一个实施例，延迟的持续时间取决于由设备的温度传感器测 量的温度。
根据一个实施例，该温度或每个温度指示环境温度。
根据一个实施例，设备包括被存储在存储器中的多个延迟持续时 间值，每个持续时间值对应于温度的范围。
根据一个实施例，与温度中的一些温度相关联的持续时间值是 零。
根据一个实施例，与温度中的至少一个温度相关联的持续时间值 不同于零。
根据一个实施例，射频电路是射频传送机。
根据一个实施例，设备包括串联地耦合的第一可变电容器、第一 电容器、石英晶体和第二可变电容器，包括将第一和第二可变电容器 的电容控制为高于其最大电容的50％。
根据一个实施例，方法包括以下步骤：A)预加热石英；B)随着 石英的温度降低，使能信号的发射。
另一实施例提供了一种设备，包括：射频电路和天线；振荡电路， 被配置成向RF电路提供时钟信号；以及控制电路，被配置成使能射 频电路的功率放大器、并且使能信号从电路到天线的传递，信号从电 路到天线的传递的使能相对于功率放大器被使能的时刻被延迟。
根据一个实施例，设备包括传感器，传感器被配置成测量温度或 测量表示温度的值。
根据一个实施例，设备包括存储器，存储器被配置成存储与温度 范围相对应的延迟的持续时间值。
根据一个实施例，设备包括串联地耦合的第一可变电容器、第一 电容器、石英晶体和第二可变电容器。
根据一个实施例，设备包括加热器，加热器被配置成增加石英的 温度。
另一实施例提供了一种电子设备，包括：第一电容器和石英晶体， 串联地耦合在第一节点和第二节点之间；反相器，耦合在第一和第二 节点之间；第一可变电容器，耦合在第一节点和第三节点之间；以及 第二可变电容器，耦合在第二节点和第三节点之间。
根据一个实施例，基于目标频率来选择第一电容器的值，以相对 于仅由两个可变电容器产生的电容，减小由石英看到的等效电容。
根据一个实施例，第一可变电容器、电容器、石英晶体和第二可 变电容器被包括在振荡电路中。
根据一个实施例，振荡电路被配置成向电路提供时钟信号。
根据一个实施例，该电路是RF传送机。
根据一个实施例，可变电容器是集成电路的一部分，并且其中石 英晶体和电容器不是集成电路的一部分。
根据一个实施例，第一电容器的电容值是恒定的。
根据一个实施例，设备包括耦合在石英和第二可变电容器之间的 第二电容器。
根据一个实施例，设备包括：射频电路和天线；振荡电路，被配 置成向RF电路提供时钟信号；以及控制电路，被配置成使能射频电 路的功率放大器、并且使能信号从电路到天线的传递，相对于功率放 大器被使能的时刻，延迟信号从电路到天线的传递的使能。
根据一个实施例，设备包括加热器，加热器被配置成增加石英的 温度。
另一实施例提供了一种用于控制先前设备的方法，方法包括将第 一和第二可变电容器的电容控制为高于其最大电容的50％。
根据一个实施例，方法包括将第一和第二可变电容器的电容控制 为基本相等。
根据一个实施例，方法包括被配置成向射频电路提供时钟信号的 振荡电路，并且包括天线，其中相对于电路的功率放大器被使能的时 刻，延迟信号从电路到天线的传递的使能。
根据一个实施例，方法包括以下步骤：A)预加热石英；B)随着 石英的温度降低，使能信号的发射。
另一实施例提供了一种设备，包括：电子电路；包括石英的振荡 电路，被配置成向电子电路提供时钟信号；以及加热器，被配置成增 加石英的温度。
根据一个实施例，电子电路是射频传送机，并且耦合到天线。
根据一个实施例，设备包括被配置成控制加热器的控制电路。
根据一个实施例，加热器专用于预加热石英。
根据一个实施例，加热器距离石英小于10mm。
根据一个实施例，加热器是电阻器。
根据一个实施例，设备包括：天线；控制电路，被配置成使能电 路的功率放大器、并且使能信号从电路到天线的传递，相对于功率放 大器被使能的时刻，延迟信号从电路到天线的传递的使能。
根据一个实施例，设备包括串联地耦合的第一可变电容器、第一 电容器、石英晶体和第二可变电容器。
另一实施例提供一种控制先前设备的方法，包括以下步骤：A) 预加热石英；B)随着石英的温度降低，使能信号的发射。
根据一个实施例，步骤A)包括流过电阻器的电流的增加。
根据一个实施例，在步骤A)期间，温度至少被倍增。
根据一个实施例，相对于电路的功率放大器被使能的时刻，延迟 信号从电路到天线的传递的使能。
根据一个实施例，方法包括将第一和第二可变电容器的电容控制 为高于其最大电容的50％。
附图说明
在以下通过示例而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中， 将参考附图对上述特征和优点以及其他特征和优点进行详细描述，其 中：
图1非常示意性地图示了能够发射RF信号的电子设备的示例；
图2是图示图1的设备的频率从期望的中心频率漂移随时间而变 化的图；
图3是图示图1的设备的频率从期望的中心频率漂移随时间而变 化的图以及图1的设备的两个信号的图；
图4是图示针对多个环境温度，图1的设备的频率从期望的中心 频率的漂移随时间而变化的图；
图5示意性地表示用于控制图1的设备的方法；
图6示意性地图示了包括振荡电路的设备的一个实施例；
图7是图示图6的设备的频率的漂移随图6的振荡电路的电容器 的电容值而变化的图；
图8非常示意性地图示了能够发射RF信号的电子设备的一个示 例；
图9是图示在前300ms期间温度变化对石英的影响的图；
图10是图示利用图8的实施例获得的漂移的一个示例的图；以 及
图11图示了命令图8的设备的方法的一个实施例。
具体实施方式
在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记指定。特别地， 在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标 记并且可以布置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅图示和详细描述了对理解本文描述的实施例有 用的操作和元件。
除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没 有导体以外的任何中间元件的直接连接；并且当提及耦合在一起的两 个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个 其他元件耦合。
在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词(诸 如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置 修饰词(诸如，术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)时，或 者当提及定向的修饰词(诸如，“水平”、“垂直”等)时，指的是图 中所示的定向。
除非另有指定，否则表述“约”、“近似”、“基本”和“大约”表 示在10％以内，并且优选在5％以内。
图1非常示意性地图示了能够发射RF信号的电子设备10的示 例。例如，设备10适合于低功率和长距离传输。优选地，该设备适 于与名为LoRa(长距离)的技术一起操作。
设备10包括振荡电路12。振荡电路12包括石英晶体14和振荡 器(OSC)16。振荡器16的输出被耦合(优选地被连接)到发射电 路(RF)20。振荡电路16将具有中心频率f的时钟信号提供给电路 20。中心频率f的期望值例如等于32MHz。
振荡器16和发射电路20被集成在单个电路或芯片24中，而石 英14构成电路24的外部组件。
电路20被耦合到天线22。电路20例如是RF传送机(transmitter)。 换句话说，电路20例如是传送机，该传送机能够以射频(RF)传送 (发射和接收)信号(换言之，RF信号)。电路20可以发射和接收 RF信号。电路20构成发射和/或接收头，其通过各种仿真前端电路 19(匹配网络、转换器、开关、平衡-不平衡转换器(balun)等)而 被耦合到天线22。前端电路在芯片24的外部。
电路20包括输出TX，在输出TX上提供待被发射的信号。输出 TX由电路20的功率放大器21(PA)提供。功率放大器21包括输入， 在该输入上提供表示待被发射的信号的信号T。功率放大器21包括 使能输入，使能输入接收控制信号EN1或使能信号EN1。信号EN1 是被配置成使能(enable)或禁用(disable)功率放大器21的信号。 信号EN1例如是二进制信号。信号EN1的第一值，例如高值‘1’， 其使能功率放大器21，并且因此允许输出信号TX。信号EN1的第二 值，例如低值‘0’，禁用功率放大器21。因此，当信号EN1取第二 值时，信号不能被电路20发射。
电路20包括输入RX，在输入RX上可以接收来自天线22的信 号。更确切地，由天线22接收的信号经由前端电路19被提供给输入 RX。例如，输入RX例如被耦合(优选地被连接)到电路20的低噪 声放大器25的输入。低噪声放大器的输出提供表示所接收的信号RX 的信号R。
芯片24包括处理单元27(PU)。处理单元27被耦合(优选地连 接)到电路20。低噪声放大器25的输出和功率放大器21的输入例如 耦合到处理单元27。处理单元27被配置成处理待被发送的数据(并 且因此处理信号T)，并且被配置成处理所接收的数据(换句话说，信号R)。在图1中未详细描述处理单元27与功率放大器21之间的 链路、以及处理单元27与低噪声放大器25之间的链路。
图1的设备10是半双工系统。因此，该设备可以发射或接收信 号，但不能同时进行。电路20的输出TX和输入RX通过开关29(SW) 而被耦合到天线22。开关29在一侧被耦合到输出TX和输入RX，并 且在另一侧被耦合到天线。在开关29的第一状态中，天线被耦合到 输出TX。在该第一状态下，可以经由天线22发射信号。但是，不可 能接收信号。在开关29的第二状态中，天线被耦合到输入RX。在该 第二状态下，可以从天线22接收信号。但是，不可能发射信号。
开关29还可以包括第三状态，未示出，其中天线被耦合到高阻 抗的节点。
根据一个实施例，开关29接收与控制信号EN1不同的控制信号 EN2或使能信号EN2。根据开关的期望状态，控制信号EN2取不同 的值。例如，信号EN2的第一值确保开关29处于第一状态，信号EN2 的第二值确保开关29处于第二状态。如果开关可以处于两个以上的 状态，则控制信号EN2可以取两个以上的值。
开关29是电路19的一部分，并且分别通过框31以及框33和35 而被耦合到天线22和电路24。
如图1中所示，框31将开关29的公共节点耦合到天线22，而框33和35分别将开关29的经切换节点耦合到电路21和25。
设备10还包括控制电路(CTRL)32。控制电路32被配置成控 制设备10的不同元件。特别地，控制电路32分别向电路20和开关 29提供控制信号EN1和EN2。电路32例如被集成到芯片24。
当功率放大器21被使能时，使得可以在输出TX上输出信号。然 而，一旦功率放大器被使能，其温度就会显著增加，这将导致电路24 的温度的增加。电路24的温度的增加至少部分地导致时钟信号的频 率的漂移，其中时钟信号由振荡器16提供给电路20。该漂移对应于 可以被传送机20用来发射信号的信号的实际中心频率与期望的中心 频率之间的差异。漂移也可以至少部分地由石英晶体的加热引起。在 图2中图示了这种漂移。
图2是示出图1的设备的频率随时间(时间(秒))而从期望的 中心频率漂移(漂移(32MHz)(Hz))的图。图2的图图示了电路 20的功率放大器21的发热的影响。功率放大器21的发热引起由振荡 电路12提供给RF传送机20的频率f的漂移。
与期望的32MHz中心频率相比地计算漂移的值。因此，漂移等 于中心频率的实际值与值32MHz之间的差异。
在时刻t0之前，功率放大器被禁用并且无法进行发射，因此温度 基本恒定并且没有明显的漂移。因此，漂移基本上等于零。
在时刻t0，被包括在RF电路20中的功率放大器21被使能。因 此，芯片24的温度增加并且时钟信号的频率f漂移远离期望的中心 频率。
在时刻t0之后，漂移的值减小并且变为负值。换句话说，漂移的 绝对值增加。
图2表示在使能功率放大器21之后的大约1秒的时段期间的漂 移。在该操作的初始第二秒期间，漂移减小并且达到基本上等于-4Hz 的值。漂移的值在时刻t1处达到-1.4Hz。
对于诸如电路20的RF传送机(transmitter)，时钟信号的频率在 传送机(或接收机(receiver)或发射器(emitter))的操作期间(特 别是在发射或接收期间)尽可能恒定特别重要。
在发射的最初时段期间，漂移可能会特别成问题。在一些应用中， 例如在广域网LoRa(LoRaWAN)Cl的情况下，例如，在标准中规定， 优选的是，在发射的初始秒期间，针对915MHz的期望的中心频率， 漂移的绝对值小于40Hz的阈值th。但是，漂移与期望的中心频率成 比例。结果，针对915MHz的期望的中心频率的40Hz的阈值，对应 于针对32MHz的期望的中心频率的大约1.4Hz的漂移的阈值。该阈 值在图2的示例的t1时刻被穿越。
漂移的负值意指被提供给RF传送机20的时钟信号的频率的实际 值低于期望值。漂移的正值意指频率的实际值高于期望值。漂移值等 于零意指被提供给RF传送机的时钟信号的频率的实际值等于期望 值。
根据一个实施例，控制电路被配置成确保如下的延迟，该延迟是 功率放大器21的使能和要从输出TX被发送到天线的信号的传递的 使能之间的延迟。例如，信号的传递的使能对应于将开关29置于允 许待被发射的信号的传递，而不允许待被接收的信号的传递的状态。 换句话说，在使能功率放大器21之后，开关29的控制信号EN2被 置为第一值‘1’。因此，信号EN1和EN2不在相同瞬间取其第一值。 控制信号EN1取其第一值，并且在延迟之后，控制信号EN2取其第 一值。关于图3更详细地描述这种控制设备10的方法。
图3是图示图1的设备的频率f随时间(t)而从期望的中心频率 漂移(漂移)以及图1的设备的放大器21和开关29的两个相应使能 信号(EN1，EN2)的图。
与32MHz的期望的中心频率相比地计算漂移值。因此，漂移等 于中心频率的实际值与值32MHz之间的差异。
在时刻t0之前，控制信号EN1和EN2具有第二值。换句话说， 在时刻t0之前，功率放大器21被禁用，并且开关29被配置成允许信 号的接收而不允许发射。由于功率放大器被禁用，因此它不产生热量， 并且漂移基本等于零。
更一般地，在时刻t0之前，开关29可以处于任何状态。实际上， 由于功率放大器被禁用，因此无论开关29的状态如何，都不能经由 输出TX发送信号。
在时刻t0，图1的功率放大器21被使能。换句话说，由控制电 路32生成的控制信号从第二值(‘0’)变为第一值(‘1’)。此外，信 号从输出TX到天线的传递被阻挡。在图2的示例中，控制信号EN2 保持与接收状态相对应的第二值‘0’。但是，开关可以处于不允许待 被发送的信号从输出TX到天线的传递的任何状态。
随着功率放大器的温度增加，漂移减小。换句话说，漂移的绝对 值增加。然而，由于信号EN2具有第二值，所以不存在发射。
在时刻t2(比时刻t0晚并且与时刻t0隔开延迟D)，控制信号 EN2取第一值。因此，在时刻t2，待被发射的信号可以到达天线以被 发送到接收设备。
在时刻t2，发射开始并且接收设备开始接收发射信号。发射信号 的漂移为漂移A2，该漂移A2对应于发射信号的实际频率与在发射开 始时的频率值之间的差异。
延迟D被选择以便确保漂移A2在前述阈值th以下。此外，在考 虑阈值th时，优选将延迟D选择为尽可能小。
例如，延迟D被预编程在设备中，例如被预编程在存储器中。
根据另一实施例，单个使能信号由控制电路32生成，但是该信 号在到达开关29之前被延迟。例如，设备10包括一组件，该组件被 配置成：在控制信号到达开关29之前，向单个控制信号添加等于D 的延迟，该延迟是相对于该控制信号到达放大器21时刻而言的。
可以想到使用温度经补偿的石英晶体(TCXO或温度受制的晶体 振荡器)，以便补偿由于功率放大器的使能引起的漂移。然而，在许 多应用中，这种石英的成本将被认为太高。
设备10优选地被配置成利用技术LoRa操作。在这种情况下，期 望使用标准芯片24，其硬件不能被修改。任何修改或改进必须涉及芯 片24的组件和/或芯片24外部的组件的编程，但没有涉及芯片24的 组件的修改。
图4是图示针对几个环境温度的，图1的设备的时钟信号的频率 f作为时间(t(s))的函数的图。
图4包括三个曲线41、43、45，每个曲线表示针对不同环境温度 的频率f。曲线41对应于-40℃的环境温度。曲线43对应于80℃的环 境温度。曲线45对应于25℃的环境温度。
如可以看到的，根据温度，漂移具有取决于环境温度的不同行为。 例如，对应于85℃的温度的曲线41显示出比其他曲线更明显的变化。
时刻t1的值对于环境温度的每个值可以是不同的。对于某些温度 值，时刻t1可以等于时刻t0。因此，对于一些温度，但并非对所有 温度，延迟可以等于零。实际上，对于一些温度，在时刻t1之后的第 一秒期间，漂移的绝对值保持在阈值th以下。
根据一个实施例，利用单个延迟D值对设备10进行编程。优选 地，根据与设备预期操作的温度相对应的时刻t1的最坏情况来选择该 值。
根据一个优选实施例，基于由温度传感器(SENSOR)测量的温 度的值，来选择功率放大器21的使能与开关29的使能之间的延迟D。 传感器被集成在芯片24中。由传感器测量的温度例如是在设备的外 表面处的温度，并且因此例如指示设备周围的环境温度。备选地，由 传感器测量的温度是设备10内部的温度，例如芯片24上的温度。
可以在设备10中编程几个延迟D值。例如，延迟D的每个值可 以与环境温度范围相关联。
例如被编程在设备的存储器中的不同时刻t1和对应温度范围优 选地在制造期间或在校准过程期间被生成。例如，针对多个温度确定 漂移的变化，其中多个温度中的每个温度对应于温度的一个范围。在 每个设备上或在代表一批设备的设备上实施该步骤。备选地，可以不 实施该校准过程。不同的时刻t1和对应的温度范围例如是预先定义的 值。
图5示意性地表示用于控制图1的设备的方法。优选地，方法的 步骤是连续的。方法例如由硬件或软件实施。方法例如由状态引擎实 施。
例如，在发射的每个信号的发射开始时、或在每个信号组的发射 开始时(框60，开始)，执行关于图5描述的方法。
在方法的第一步骤期间，温度传感器测量温度(框62，MEA T°)。 然后将该温度与被编程在设备10中的值或值的范围进行比较，并且 根据该值或温度范围来确定延迟D的值(框64，DET D)。
在随后的步骤期间，控制电路确保功率放大器被使能(框66， EN1)，而信号从输出TX到天线的传递被禁止。例如，控制电路确保 信号EN1取第一值(‘1’)，而信号EN2具有第二值(‘0’)。在信号 EN1具有第一值并且信号EN2具有第二值时，例如在功率放大器21 的输入上施加伪信号T。
延迟D在功率放大器的使能时开始。例如，计数器在功率放大器 的使能时开始计数。当达到延迟D的值时，允许待被发射的信号的传 递(框68，EN2)。例如，当计数器达到值D时，控制信号EN2取第 一值‘1’，而控制信号EN1保持第一值。可以进行一个或几个发射 (框70，EM)。
在发射了一个或几个信号之后(框72，结束)，功率放大器就可 以被禁用，并且信号从输出TX到天线的传递可以被阻挡，例如通过 将控制信号EN2的值置为第二值。
关于图1至图5描述的实施例的一个优点在于，由接收设备看到 的漂移被减小。
关于图1至图5描述的实施例的另一个优点在于，它可以在不对 电路24进行结构修改的情况下被实施。
关于图6至图8描述本描述的另一方面。
图6示意性地图示了包括振荡电路的设备30的一个实施例。尽 管可能未示出一些元件，但是设备30优选地包括已经关于图1描述 的所有元件。将不再详细描述它们。特别地，设备30包括石英晶体 14，并且包括具有RF传送机20的集成电路24。设备30还可以包括图6中未示出的天线22、前端电路19和处理单元27等。
振荡电路12向传送机20提供具有频率f的时钟信号(vf)。振荡 电路12例如是皮尔斯振荡器。
振荡电路12包括振荡器16。振荡器16包括反相器47。反相器 47的输出端子被耦合(优选地被连接)到第一节点34。反相器的输 入端子被耦合(优选地被连接)到第二节点36。第二节点36构成振 荡器的输出节点。第二节点36被耦合(优选地被连接)到传送机20 的输入端子。时钟信号vf被提供在第二节点36处。
第一节点34被耦合(优选地被连接)到可变电容器(C1)38的 端子。电容器38的另一个端子被耦合(优选地被连接)到接收基准 电压的基准节点39，或被耦合(优选地连接)到应用基准电压的节点。 优选地，基准节点39是地。
第二节点36被耦合(优选地被连接)到可变电容器(C2)40的 端子。电容器40的其他端子被耦合(优选地被连接)到接收基准电 压的基准节点39。
可变电容器38、反相器47和可变电容器40以该顺序彼此串联地 被耦合(优选地被连接)。
电容器38和40是脚电容器。电容器38和40用于在组件的校准 阶段期间修改由石英晶体14看到的电容，以便补偿石英14的制造分 散。优选地，电容器38和40彼此相同(除了制造公差之外)。
控制电路32被配置成控制可变电容器38和40。
如将关于图7更详细地示出的，可变电容器38和40的电容值的 增加，有利地引起被提供给电路20的时钟信号的频率的漂移的绝对 值的减小。然而，电容器38和40的电容值的增加也影响由石英看到 的电容值，并且因此影响时钟信号的中心频率f的值。
为了补偿由石英看到的电容值的修改，电容器42(CSERIE)与石 英晶体14串联地耦合(优选地连接)。电容器42允许将更高的电容 值用于电容器38和40，同时维持由石英看到的电容的值基本等于目 标电容CL。
石英晶体14和电容器42串联地耦合在第一节点34和第二节点 36之间。石英晶体14的一个端子被耦合(优选地连接)到电容器42 的一个端子。石英晶体的其他端子例如被耦合(优选地连接)到第二 节点36。电容器42的其他端子例如被耦合(优选地连接)到第一节 点34。结果，可变电容器38、电容器42、石英晶体14和可变电容器 40以该顺序串联地耦合(优选地连接)。反相器与石英14和电容器 42两者的组件并联地耦合(优选地连接)。
备选地，可变电容器38、石英晶体14、电容器42和可变电容器 40可以以该顺序彼此串联地耦合(优选地连接)。
备选地，电容器42可以由位于石英14的每一侧上的两个电容器 代替，一个在石英和节点34之间，另一个在石英和节点36之间。例 如，该两个电容器的值被选择成在一起等于电容器42的值。
优选地，电容器42是具有恒定电容值CSERIE的电容器。优选地， 该电容器不是可变电容器。换句话说，优选地，电容器42的值不受 控制电路32的控制。优选地，基于目标频率来选择第一电容器42的 值，以相对于仅由两个可变电容器产生的电容，减小由石英看到的等 效电容。
优选地，以使得电容器38和40的电容基本相等的方式来控制电 容器38和40。在该示例中，由石英晶体14看到的目标电容CL等于： [数学等式1]
Figure BDA0002946631940000141
其中C1是电容器38的电容值，C2是电容器40的电容值，CSERIE是电 容器42的电容值，并且CSTRAY是杂散或寄生电容的电容值。
因此，电容器42的电容CSERIE等于：
[数学等式2]
Figure BDA0002946631940000142
其中CL是由石英晶体看到的电容的目标值，并且CB等于值C1并且 还等于C2(CB＝C1＝C2)。
例如，如果目标值基本等于10pF，则如果电容C1和C2均等于 27pF，并且电容CSTRAY等于5pF，则电容CSERIE等于60pF。更一般地， 选择电容C1、C2和CSERIE以便获得在8pF至15pF范围内的电容CL。
由于芯片24通常不能被修改，以利用LoRa技术操作，因此电容 器42例如不位于芯片24中，而是位于芯片24之外(芯片24外部)。 在一些其他实施例中，电容器42可以例如位于芯片24中。
图7是示出图6的设备的频率的漂移(漂移(32MHz)(Hz))随 着振荡电路16的脚电容器(foot capa(pf))的电容值而变化的图。
漂移值以赫兹(Hz)为单位，并且电容值C1和C2以皮法拉(pF) 为单位。在电路24的功率放大器使能之后(图2的时刻t0)的大致 700ms，取得漂移值。在该示例中，图3的时刻t0和t2相同。因此， 在使能功率放大器和开始发射之后的第一秒期间，取得这些值。
图7图示了通过仿真或实验凭经验获得的值。在对应的仿真或实 验中，电容值对应于可变电容器38和40的可能值。换句话说，图7 的电容值对应于可变电容器38和40的可能值的范围。认为两个可变 电容器的值相等。该电容值在11.3pF至32.92pF的范围内。
漂移值在从-4.5Hz(针对基本等于11pF的电容值C1和C2)至 -1.5Hz(针对基本等于33pF的电容值C1和C2)的范围内。
该值取决于实验条件。但是，可以观察到总体趋势，其中随着电 容值增加，绝对值的漂移减小。换句话说，随着电容器38和40的电 容值增加，漂移更接近于无。
因此，如上所述，增加电容器38和40的电容值具有减小漂移的 绝对值的益处。因此，在可变电容器38和40的值的范围内，使电容 器38和40的电容值尽可能高是有用的。但是，为了保持在振荡电路 12的操作期间稍微调整电容器38和40的电容值的可能性，优选的是， 在电容器38和40的最大值以下(例如具有基本等于3pf的余量)来 选择电容器38和40的电容值。
优选地，控制电容器38和40，使得至少在振荡器启动后的第一 秒期间，值C1和C2等于其最大值的至少50％，优选严格高于其最大 值的50％，优选在其最大值的60％和85％之间，例如基本上等于其 最大值的75％。如前所述，选择电容值CSERIE，以与具有在其最大值的60％至85％之间的值的电容器38和40相对应。
所描述的实施例的一个优点在于，从期望频率的漂移减小。漂移 可以减小到足以满足设备的要求。
所描述的实施例的另一个优点在于，相对较少的组件被添加到设 备。
关于图8至图11描述本描述的另一方面。
图8非常示意性地示出了能够发射RF信号的电子设备60的一个 示例。设备60包括图1的设备10的所有元件。因此，设备60包括 石英14、天线22、前端电路19和芯片24。芯片24包括振荡器16、 RF电路20、处理单元27和控制电路32。
设备60还包括加热器62(加热器)。加热器是散热的电子组件。 加热器62例如是电阻性元件。例如，加热器62在电路12中而不在 集成电路24中。
加热器62被定位成足够靠近石英14，以使加热器周围的温度的 变化可以影响石英。优选地，加热器尽可能靠近石英。例如，加热器 位于石英上。例如，加热器可以与石英相邻。例如，加热器62和石 英14之间的距离小于10mm，优选地小于5mm，优选地小于2mm。 优选地，加热器62和石英14之间的距离小于1mm。例如，加热器 62和石英14之间的距离基本等于1mm。例如，加热器与石英接触。
优选地，加热器仅用于加热石英。优选地，加热器专用于预加热 石英14的功能。
加热器例如是电阻器。例如，电阻器的电阻值在50欧姆和150 欧姆之间的范围内，例如基本等于75欧姆。
加热器例如是电子电路的一部分，该电子电路还包括被配置成控 制加热器62的组件。例如，如果加热器是电阻器，则电阻器是被配 置成发送通过电阻器的电流的电路的一部分，以便增加由电阻散发的 热量。
控制电路32生成控制信号EN3或使能信号EN3。控制信号EN3 确定加热器的状态，尤其是控制加热器是否发热。例如，如果加热器 是电阻器，则控制电路28控制流过电阻器的电流。例如，信号EN3 可以取至少两个值：第一值，其确保给定电流可以流过电阻器；以及第二值，其确保没有电流可以流过电阻器。在该情况下，当控制信号 EN3取第一值时，加热器的温度并且因此石英的温度增加到新的温 度。当控制信号EN3取第二值时，加热器的温度并且因此石英的温 度降低，例如直到加热器达到控制信号EN3取第一值之前的温度。
图9是图示温度的变化对石英的影响的图。特别地，图9图示了 时钟信号的频率在载波频率附近的漂移(或赫兹变化(32MHz))随 时间(时间(秒))而发生的变化(或频率变化)的一个示例，该时 钟信号由振荡电路提供给图8的电路20。
漂移的值对应于32MHz的期望载波频率。漂移的值以赫兹为单 位表示。时间的值以秒为单位表示。
图9中所示的变化与由功率放大器21引起的温度变化无关。例 如，图9中所示的变化对应于功率放大器21被禁用并且对温度没有 影响的情况。
在图中考虑的时间范围期间，可以认为石英和振荡器已经开启了 足够的时间以处于稳定状态。因此，下面描述的变化仅由加热器62 的温度的变化引起。
在时刻t3，加热器62开始加热并且第一阶段P1开始。更确切地， 控制电路32控制加热器62，以便增加加热器的温度。例如，由控制 电路32生成的控制信号EN3取第一值。例如，控制电路32增加流 过加热器的电流。
在时刻t3之后的第一阶段P1期间，加热器的温度的增加。例如， 温度增加直到阈值，并且停止增加。在第一阶段P1期间，没有故意 降低加热器的温度。
人们观察到由于温度的增加而导致的漂移的值的减小。漂移的绝 对值减小。
在图9的示例中，在第一阶段期间，在时刻t3之后大约0.30秒， 频率的降低大约3.8Hz。
在时刻t4，第一阶段P1结束，并且第二阶段P2开始。控制电路 32停止加热加热器。例如，由控制电路32生成的控制信号EN3取第 一值。例如，控制电路32减小，优选地停止流过电阻器的电流。因 此，在第二阶段期间，加热器和石英的温度降低。
例如，温度降低，直到达到时刻t3的温度。
人们观察到在第二阶段P2期间漂移的值的增加。随着时间在第 二阶段P2中流逝，漂移的值变得更远离0。漂移的绝对值增加。
在图9的示例中，在大约0.30秒之后，漂移达到基本等于3.8Hz 的值。
在第一阶段P1中，温度升高引起漂移的减小，并且因此引起漂 移的绝对值的减小。在第二阶段P2中，温度降低导致漂移的增加， 并且因此导致漂移的绝对值的增加。
漂移的变化与温度的变化成反比。关于图8至图11描述的实施 例利用了该特征，以便补偿由功率放大器21引起的漂移。
图10是图示利用图8的实施例获得的漂移的一个示例的图。
特别地，图10图示了时钟信号的频率在载波频率附近的漂移(或 赫兹变化(32MHz))随时间(时间(秒))而发生的变化(或频率变 化)的一个示例，该时钟信号由振荡电路提供给图8的电路20。
漂移的值对应于32MHz的期望载波频率。漂移的值以赫兹为单 位表示。时间值以秒为单位表示。
图10表示三个曲线。第一曲线65与图8的曲线相同，并且表示 加热器的温度的变化对被提供给电路20的时钟信号的载波频率的漂 移的影响。第二曲线67与图2的曲线相同，并且对应于电路20的加 热对被提供给电路20的时钟信号的载波频率的漂移的值的影响。第 三曲线69对应于第一和第二曲线之和。因此，第三曲线69表示被提 供给电路20的时钟信号的载波频率的总的漂移和实际的漂移。
在第一阶段P1期间，即在时刻t3和t4之间，曲线67的值等于 零。因此，曲线69跟随曲线65的变化。如此，频率在第一阶段期间 减小。
在第一阶段期间，如关于图9所述，功率放大器被禁用。因此， 控制信号EN1具有第二值。由于电路20是RF传送机，因此传送机 在第一阶段期间不发送或接收信号。
在第二阶段P2开始时，换句话说，在时刻t4之后，加热器已经 被停止。在该示例中，漂移达到零，并且频率被稳定，并且由于石英 温度可能需要一些时间才能显著降低到足以影响频率，所以由石英引 起的漂移针对短时间(例如，针对小于0.03s)保持基本等于0。在另 一个示例中，漂移的值在该时间期间可以与0不同。
此外，在时刻t4，功率放大器仍然被禁用。
在时刻t5，功率放大器被使能。时刻t4和t5之间的时间段构成 第二阶段P2的第一部分P21，并且第二阶段P2的其余部分构成第二 部分P22。备选地，可以去除第一部分P21。在该变型中，时刻t4和 t5是同时的。
在时刻t5之后，由石英的温度降低引起的漂移(曲线65)和由 电路20引起的漂移(曲线67)在绝对值上增加。然而，在相对值上， 由石英的温度降低引起的漂移的值是正的并且增加，而由电路20引 起的漂移的值是负的并且减小。因此，总漂移的这两个分量趋于相互 补偿。实际上，总漂移(曲线69)的变化不如两个分量中的每个分量 的变化明显。总漂移的值比两个分量漂移中任一个的值更接近零。
图8的实施例利用了这种补偿，以便减少由于功率放大器的启动 而引起的频率漂移(曲线67)。
在图10的示例中，曲线69在第二部分P22期间在大约-1.3Hz和 大约1Hz之间变化，而曲线67的值在大约0Hz和-4Hz之间变化。在 电路20的操作的第一秒中，对于32MHz的期望载波频率，曲线69 的值在可接受的参数内，该可接受的参数是具有小于1.4Hz的绝对值 的漂移。
优选地，第一阶段P1的持续时间(换句话说，时刻t3和t4之间 的差)被选择为使得由加热器引起的漂移在时刻t4之前达到零。优选 地，选择第二阶段的第一部分P21的持续时间以优化漂移的补偿。实 际上，由曲线67表示的漂移的减小在时刻t5之后不久开始，而由曲 线65表示的漂移在开始增加之前可能会花费一些时间(取决于加热 器的温度)。因此，相对于时刻t4，对时刻t5进行延迟有时可能是有 用的。
可以根据应用来选择加热器的特征，例如电阻器的值、达到的温 度和第一阶段的持续时间以及部分P21的持续时间，以便优化补偿。 特别地，加热器的温度和加热的持续时间可以取决于多个因素，例如 取决于设备的尺寸。
根据一个实施例，根据温度传感器测量的温度来选择时刻t2和t3 之间的持续时间。
图11图示了控制图8的设备的方法的一个实施例。
在方法开始时(框70，开始)，石英和振荡器已经在操作，并且 已经向电路20提供了时钟信号。然而，电路20的功率放大器被禁用。
通过控制电路32启动加热器62(框72，启动加热器)。这对应 于时刻t3。例如，控制信号EN3取第一值。如前所述，加热器的功 能和达到的温度取决于应用。这对应于预加热的步骤。
此时，由加热器的加热(由加热器及其操作两者)引起的漂移是 由振荡电路提供的时钟信号的载波频率的漂移的主要原因。
在预加热的持续时间之后，控制电路停止加热加热器(框74，停 止加热器)。这对应于时刻t4。例如，控制信号EN3取第二值。加热 器和石英开始冷却。频率漂移停止减小。
在由框74表示的步骤之后，优选不使用加热器。优选地，在由 框72表示的步骤期间加热石英之外不使用加热器，尤其是在电路20 的操作期间不使用加热器。
之后，可以开始信号的发射(框76，启动芯片)。这对应于时刻t5。
所描述的实施例的一个优点在于，在传送机20的操作的第一秒 期间，载波频率的漂移被补偿并且保持在期望的参数内。
所描述的实施例的另一个优点在于，它以很少的修改和组件来实 施。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实 施例的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变 型。特别地，尽管已经关于半双工设备描述了图6和图7的实施例以 及图8至图11的实施例，但是它们可以容易地适于在全双工设备上 实施。例如，全双工设备可以在输出TX和天线之间包括开关或 ON/OFF继电器，从而允许或停止信号从输出TX到达天线。如在本 描述中针对开关29所描述的，该开关将由信号EN2控制。
此外，所描述的不同实施例可以全部在一起或两两地被实施。例 如，图1至图5的实施例和图8至图11的实施例可以在一起被实施。 在该情况下，功率放大器在图10的时刻t5被使能，并且信号在输出 TX和天线之间的传递晚于时刻t5，在延迟D之后被使能。
最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实 际实施方式在本领域技术人员的能力之内。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
第一电容器和石英晶体，串联地耦合在第一节点和第二节点之间；
反相器，耦合在所述第一节点与所述第二节点之间；
第一可变电容器，耦合在所述第一节点和第三节点之间；以及
第二可变电容器，耦合在所述第二节点和所述第三节点之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中基于目标频率来选择所述第一电容器的电容值，以相对于仅由所述第一可变电容器和所述第二可变电容器产生的可变电容器电容，减小由所述石英晶体看到的等效电容。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一可变电容器、所述第一电容器、所述石英晶体和所述第二可变电容器被包括在振荡电路中。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述振荡电路被配置成向电路提供时钟信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述电路是射频(RF)传送机。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一可变电容器和所述第二可变电容器是集成电路的一部分，并且其中所述石英晶体和所述第一电容器不是所述集成电路的一部分。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电容器的电容值是固定的。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合在所述石英晶体和所述第二可变电容器之间的第二电容器。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
射频(RF)电路；
天线，耦合到所述RF电路；
振荡电路，被配置成向所述RF电路提供时钟信号，其中所述振荡电路包括所述第一可变电容器、所述第一电容器、所述石英晶体和所述第二可变电容器；以及
控制电路，被配置成：
使能所述RF电路的功率放大器；以及
使能RF信号从所述RF电路到所述天线的传递，其中相对于所述功率放大器被使能的时刻，延迟所述RF信号从所述RF电路到所述天线的所述传递。
10.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置成增加所述石英晶体的温度的加热器。
11.一种用于控制电子设备的方法，所述电子设备包括振荡电路，所述振荡电路包括：第一电容器和石英晶体，串联地耦合在第一节点和第二节点之间；反相器，耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；第一可变电容器，耦合在所述第一节点和第三节点之间；以及第二可变电容器，耦合在所述第二节点和所述第三节点之间，所述方法包括：
将所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的电容控制为分别高于所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的最大电容的50％；以及
由所述振荡电路将时钟信号提供给射频(RF)电路和天线。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的所述电容控制为基本相等。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使能所述RF电路的功率放大器；以及
使能RF信号从所述RF电路到所述天线的传递，其中相对于所述功率放大器被使能的时刻，延迟所述RF信号从所述RF电路到所述天线的所述传递。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：基于由所述电子设备的温度传感器测量的温度来选择所述延迟的持续时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中由所述温度传感器测量的所述温度指示环境温度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述RF信号从所述RF电路到所述天线的所述传递的所述使能与开关从第一位置切换到第二位置相对应，所述第一位置被配置成使得不能经由所述天线传送发射，并且所述第二位置被配置成使得发射能够经由所述天线被传送。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
生成单个控制信号，以使能所述功率放大器，并且使能所述RF信号从所述RF电路到所述天线的所述传递；以及
在所述单个控制信号到达被耦合在所述RF电路和所述天线之间的开关之前，将所述延迟添加到所述单个控制信号，所述延迟是相对于所述单个控制信号到达所述功率放大器而言的。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述延迟的持续时间大于5ms。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：基于目标频率选择所述第一电容器的电容值，以相对于仅由所述第一可变电容器和所述第二可变电容器产生的可变电容器电容，减小由所述石英晶体看到的等效电容。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：
通过加热器预加热所述石英晶体；以及
随着所述石英晶体的温度降低，使能信号的发射。
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