CN117544531A - 一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，属于宽温测量及时钟校准技术领域。装置包括温敏电阻分压电路、射频芯片、压控晶振、基带芯片。本发明解决了符合国产自主移动终端的应用环境要求的宽温补偿晶振价格较高、经济性较差，无法在大批量的终端设备中广泛使用的问题，具有简单、经济效益高的优点。

Description

一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置

技术领域

本发明涉及宽温测量及时钟校准技术领域，具体是涉及一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置。

背景技术

随着科技的发展，LTE公用网设备和终端产品商用化逐渐成熟化，公网设备Android系统的标称环境温度为-10℃到50℃，苹果手机的标称环境温度为0度到50度。制约商用终端温度范围的主要因素有电池，屏幕，时钟源(晶振，晶体)，射频电路性能等。其中射频电路性能和时钟源可以通过温度测量，然后加以补偿改善其性能。由于公网设备的环境温度要求较低，一般采用较为简单的温度测量电路即可满足要求。以时钟源为例，一般晶振在-10度到50度可以满足频偏要求，无需复杂的补偿，通用的基带算法足以对抗少量温差带来的频率偏差。而符合要求的宽温补偿晶振价格较高，经济性较差，无法在大批量的终端设备中广泛使用。

现有技术方案以时钟系统为中心，温度测量和补偿在时钟系统(恒温晶振)内部进行。晶振厂家根据批次情况，在晶振内部使用热电偶进行温度检测，并根据耦合曲线静态调整频率偏移。由于宽温器件(晶振)涉及到的温度检测范围较宽，在批量生产中会显著增加器件成本，因此晶振器件厂家仅针对量大的常温进行开发，不能保证极端温度下的测量和校正。

在国产自主移动终端的应用环境中，温度范围比较大，一般低温-40度，高温65度，温度给自主可控整机方案带来技术挑战，尤其是时钟漂移影响较大。晶振，作为时钟系统的核心器件，一般具备天然的温度特性。要解决宽温条件下的精确时钟问题，需要进行温度补偿，而温度补偿的前提条件是精确的温度测量。在工程中解决宽温下的时钟系统问题，兼顾整机设计的经济性，测量装置最好复用已有芯片，不增加额外的成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：符合国产自主移动终端的应用环境要求的宽温补偿晶振价格较高、经济性较差，无法在大批量的终端设备中广泛使用。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，移动通信终端搭载有时钟系统，时钟系统通过自主可控的压控时钟芯片构建得到，宽温测量及时钟校准装置包括：

温敏电阻分压电路，温敏电阻分压电路内设有温敏电阻，

射频芯片，射频芯片用于采集温敏电阻的电压，并根据温敏电阻阻值随温度变化的特性，通过电压间接获取板卡环境温度，从而得到检测电压温度曲线，

压控晶振，压控晶振用于对时钟初始偏离进行补偿，

基带芯片，基带芯片搭载有算法模块，算法模块包括温度检测算法、频率偏移算法和系统搜网算法，

其中，温敏电阻分压电路与射频芯片电性连接，射频芯片与基带芯片、晶振电性连接。

说明：宽温测量及时钟校准装置通过自主可控的压控时钟芯片，构建了满足宽温要求的时钟系统。

进一步地，板卡环境温度的范围为-40～95℃。

进一步地，射频芯片内部设有用于对温敏电阻进行分压测量的辅助模拟数字转换器ADC以及提供参考稳定参考电压的低压差线性稳压器LDO。

进一步地，温敏电阻阻值随温度变化的特性通过高低温试验对同一批次温敏电阻参数进行特征提取，生成温敏电阻参数的三次方拟合曲线，简化温敏电阻阻值随温度变化的函数表达，并通过三次方拟合曲线拟合形成检测电压温度曲线及频率偏移曲线。

更进一步地，高低温试验对于温敏电阻值的计算公式为：

RT2＝R0*exp(B*(1/T-1/T0))

上式中，RT2为温敏电阻值，R0为标称电阻，一般为10K，精度1％，，B为器件常数，精度为1％，，T0为标称温度，一般标准25摄氏度，需转化为K，T为当前温度，单位K。

优选地，温敏电阻分压电路还设有与温敏电阻串联的第一电阻，温敏电阻的电压计算公式为：

TEMP_AUXIN＝RFA2V85A*RT2/(RT2+284)

上式中，TEMP_AUXIN为温敏电阻的电压，RFA2V85A为参考电压，RT2为温敏电阻值，R284为第一电阻值。

优选地，温度检测算法为：通过温度试验生成板卡环境温度T与温敏电阻分压值VOL_DET后，采用三次方拟合曲线得到板卡环境温度T和VOL_DET的关系曲线，将关系曲线进行逆函数操作，以VOL_DET为输入、2/1024V为步进等间距形成表格，通过三次方拟合曲线计算得出板卡环境温度T，形成温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格，并将温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格以码表的方式存贮到系统中，供频率偏移算法。

优选地，频率偏移算法为：频率偏移算法用于通过压控晶振测量时钟系统实际发射的信号频率从而获得时钟参数，时钟参数包括：初始值、时钟参数调节斜率。

进一步优选地，系统搜网算法在获得初始值的基础上，通过时钟参数调节斜率进行偏移补偿，通过持续的频率估计使得频率偏移逐步逼近到实际频率的±0.5ppm以内。

本发明的有益效果是：

(1)本发明复用通信系统的射频芯片、时钟芯片、基带芯片电路，进行系统性的温度测量，通过高低温实验对同一批次器件参数进行特征提取，形成三次模拟曲线，并形成检测电压——温度曲线——频率偏移曲线，表结构按照阻值线性索引，降低软件检索复杂度；

(2)本发明根据温度测量结果，对时钟芯片进行电压控制补偿，形成温度补偿表，将时钟偏差控制在+/-0.5ppm以内；

(3)本发明有效地降低了晶振的要求，采用系统设计的方法，复用已有的射频芯片、基带芯片功能，构建了温度测量系统；采用自主可控的压控时钟芯，构建了满足宽温要求的时钟系统，无需增加复杂算法，即可使用普通晶振配合基带软件，达到宽温时钟的效果，提升了经济效益。

附图说明

图1是实施例1一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置结构图；

图2是实施例1中晶振温度特性曲线图；

图3是实施例1中温敏电阻分压电路图；

图4是实施例1中温敏电阻阻值和温度对应关系曲线图；

其中，1-温敏电阻分压电路、2-射频芯片、3-基带芯片、4-晶振。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

实施例1

一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，如图1所示，包括：

温敏电阻分压电路1，所述温敏电阻分压电路1内设有温敏电阻。

射频芯片2，所述射频芯片2用于采集所述温敏电阻的电压，并根据温敏电阻阻值随温度变化的特性，通过电压间接获取板卡环境温度，从而得到检测电压温度曲线，板卡环境温度的范围为-40～95℃。射频芯片2内部设有用于对温敏电阻进行分压测量的辅助辅助模拟数字转换器ADC以及提供参考稳定参考电压的低压差线性稳压器LDO。

温敏电阻阻值随温度变化的特性通过高低温试验对同一批次温敏电阻参数进行特征提取，生成温敏电阻参数的三次方拟合曲线，简化温敏电阻阻值随温度变化的函数表达，并通过三次方拟合曲线拟合形成检测电压温度曲线及频率偏移曲线。

高低温试验对于温敏电阻值的计算公式为：

RT2＝R0*exp(B*(1/T-1/T0))

上式中，RT2为温敏电阻值，R0为标称电阻，阻值为10K，精度1％，B为器件常数，精度为1％，T0为标称温度，为25摄氏度，需转化为K，T为当前温度，单位为K。

如图3所示，参考电压RFA2V85A通过电阻R284以及温敏电阻RT2形成串联电路(C10用于测量电压的平滑作用，一般不贴)。随着温度的变化，温敏电阻RT2阻值发生变化，分压Temp_auxin送入射频芯片2内部，射频芯片2内部辅助ADC通过量化后送到基带芯片3。

温敏电阻分压电路1还设有与所述温敏电阻串联的第一电阻，温敏电阻的电压计算公式为：

TEMP_AUXIN＝RFA2V85A*RT2/(RT2+284)

上式中，TEMP_AUXIN为温敏电阻的电压，RFA2V85A为参考电压，RT2为温敏电阻值，R284为第一电阻值。

如图4所示，温敏电阻在低温时阻值变化较快；在高温时阻值变化较慢，温度变化时阻值变化不明显，容易产生测量偏差。每一个温敏电阻对应一个温敏分压TEMP_AUXIN。由于阻值、温度关系不是线性，需要产生大量的计算。本方案采用曲线拟合的方法，通过温度试验得到7组环境温度T(摄氏度)与基带读取的温敏电阻分压值TEMP_AUXIN的对应关系，然后根据此试验数据采用三次方拟合曲线得到T和TEMP_AUXIN的关系曲线，最后将这组曲线进行逆函数操作，以TEMP_AUXIN为输入，等间距形成表格，软件通过简单的索引得出T，避免了大量的计算。

在获取检测电压——温度曲线后，在设备进行射频老化过程中，同一批次设备可记录温度——频率偏移曲线，并着重记录极限温度范围(-40度——-20度，80度——100度)的初始频偏值，并作为后续软件补偿的基础。

压控晶振4，所述压控晶振4用于对时钟初始偏离进行补偿。

基带芯片3，所述基带芯片3搭载有算法模块，算法模块包括温度检测算法、频率偏移算法和系统搜网算法。如图2所示，一般晶振4在-10度到50度可以满足频偏要求，无需复杂的补偿，通用的基带算法足以对抗少量温差带来的频率偏差。

温度检测算法为：通过温度试验生成板卡环境温度T与温敏电阻分压值VOL_DET的对应关系后，采用三次方拟合曲线得到板卡环境温度T和VOL_DET的关系曲线，将关系曲线进行逆函数操作，以VOL_DET为输入、2/1024V为步进等间距形成表格，通过三次方拟合曲线计算得出板卡环境温度T，形成温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格，并将温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格以码表的方式存贮到系统中，供频率偏移算法。

频率偏移算法用于通过压控晶振4测量时钟系统实际发射的信号频率从而获得时钟参数，所述时钟参数包括：初始值、时钟参数调节斜率。

系统搜网算法在获得初始值的基础上，通过时钟参数调节斜率进行偏移补偿，通过持续的频率估计使得频率偏移逐步逼近到实际频率的±0.5ppm以内。

系统搜网算法的具体工作内容为：增加对基站发出的信号和移动终端发出的信号的采样速率，增加大频偏(采样到的信号的10个ppm以内)下的搜网忍受度，从而估计出较大频偏(发出信号10个ppm以内)的初始估计值，终端的通信处理系统(物理层算法)，根据初始估计值，利用时钟参数调节斜率调节频率逐步逼近目标频率。

总的来说，温度检测算法的作用是获得较为精确的温度估计；频率偏移算法获得时钟参数初始值、时钟参数调节斜率；系统搜网算法确保在一定的频率误差下，系统可以搜索到网络，搜索到网络后可以根据接收信号估计频偏，并根据估计值利用时钟参数调节斜率来调整时钟频率偏差，通过多次过程逐渐逼近目标频率。

频率偏移算法与系统搜网算法的具体应用过程为：

利用移动通信终端进行功放老化过程实验，在功放老化过程实验中，移动通信终端的时钟系统分三次发射单音信号f、f+deltaf1、f-deltaf1，其中，deltaf1为偏移频率，通过压控晶振(4)测量时钟系统实际发射的信号频率，根据压控晶振(4)实时测量值与f、f+deltaf1、f-deltaf1进行比对，得到特定温度下的时钟参数，时钟参数包括初始值和调节斜率；

在初始值的基础上，基带芯片(3)将系统搜网算法的搜网边界值的取值范围为标称频率的10个ppm以内，并假定移动通信终端根据搜网过程中得到的时钟偏差值，基带处理软件根据时钟参数调节斜率计算得到新的时钟参数设置值，通过多次迭代逼近目标频率0.1ppm。

可以想到的，系统搜网算法的忍受范围位于频率偏移算法以内。

综上所述，本实施例有效地降低了晶振的要求，采用系统设计的方法，复用已有的射频芯片、基带芯片功能，构建了温度测量系统；采用自主可控的压控时钟芯片，构建了满足宽温要求的时钟系统，无需增加复杂算法，即可使用普通晶振，在系统工作过程中利用频率估计来调节时钟，达到宽温时钟的效果，提升了经济效益。

Claims (9)

1.一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，所述移动通信终端搭载有时钟系统，所述时钟系统通过自主可控的压控时钟芯片构建得到，其特征在于，所述宽温测量及时钟校准装置包括：

温敏电阻分压电路(1)，所述温敏电阻分压电路(1)内设有温敏电阻，

射频芯片(2)，所述射频芯片(2)用于采集所述温敏电阻的电压，并根据温敏电阻阻值随温度变化的特性，通过电压间接获取板卡环境温度，从而得到检测电压温度曲线，

压控晶振(4)，所述压控晶振(4)用于对时钟初始偏离进行补偿，

基带芯片(3)，所述基带芯片(3)搭载有算法模块，所述算法模块包括温度检测算法、频率偏移算法和系统搜网算法，

其中，所述温敏电阻分压电路(1)与所述射频芯片(2)电性连接，射频芯片(2)与所述基带芯片(3)、所述晶振(4)电性连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述板卡环境温度的范围为-40～95℃。

3.如权利要求1所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述射频芯片(2)内部设有用于对温敏电阻进行分压测量的辅助模拟数字转换器以及提供参考稳定参考电压的低压差线性稳压器。

4.如权利要求1所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述温敏电阻阻值随温度变化的特性通过高低温试验对同一批次温敏电阻参数进行特征提取，生成温敏电阻参数的三次方拟合曲线，简化温敏电阻阻值随温度变化的函数表达，并通过三次方拟合曲线拟合形成检测电压温度曲线及频率偏移曲线。

5.如权利要求4所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述高低温试验对于温敏电阻值的计算公式为：

RT2＝R0*exp(B*(1/T-1/T0))

上式中，RT2为温敏电阻值，R0为标称电阻，B为器件常数，T0为标称温度，T为板卡环境温度。

6.如权利要求5所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述温敏电阻分压电路(1)还设有与所述温敏电阻串联的第一电阻R1，温敏电阻的电压计算公式为：

VOL_DET＝RFA2V85A*RT2/(RT2+R1)

上式中，VOL_DET为温敏电阻的电压检测值，RFA2V85A为参考电压，RT2为温敏电阻值，R1为第一电阻值。

7.如权利要求1所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述温度检测算法为：

通过温度试验生成板卡环境温度T与温敏电阻分压值VOL_DET的对应关系后，采用三次方拟合曲线得到板卡环境温度T和VOL_DET的关系曲线，将关系曲线进行逆函数操作，以VOL_DET为输入、2/1024V为步进等间距形成表格，通过三次方拟合曲线计算得出板卡环境温度T，形成温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格，并将温敏电阻分压值VOL_DET和板卡环境温度T的对应表格以码表的方式存贮到系统中，供频率偏移算法。

8.如权利要求7所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述频率偏移算法用于通过压控晶振(4)测量时钟系统实际发射的信号频率从而获得时钟参数，所述时钟参数包括：初始值、时钟参数调节斜率。

9.如权利要求8所述的一种适用于移动通信终端的宽温测量及时钟校准装置，其特征在于，所述系统搜网算法在获得初始值的基础上，通过时钟参数调节斜率进行偏移补偿，通过持续的频率估计使得频率偏移逐步逼近到实际频率的±0.5ppm以内。