CN117811573A - 频偏补偿方法、时钟信号的生成方法、电子设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种晶体振荡器的频偏补偿方法、时钟信号的生成方法、电子设备和计算机可读存储介质。其中，所述晶体振荡器的频偏补偿方法包括：根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值；根据所述频偏补偿的目标值，对所述晶体振荡器进行频偏补偿，以使得补偿后的频率满足预定要求。
Description
技术领域
本公开涉及通信领域，尤其涉及一种晶体振荡器的频偏补偿方法、时钟信号的生成方法、电子设备和计算机可读存储介质。
背景技术
时钟单元是通信系统中一个重要的部分，对于移动通信终端设备而言，它为整个终端提供参考时钟，可以看作是终端的心脏。对于射频(RF，Radio Frequency)部分而言，它提供频率合成器的参考时钟；对于基带部分而言，它为数字信号处理(DSP，Digital SignalProcessing)和微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)以及其他的数字单元提供系统时钟。因此，时钟的性能(如稳定性等)对整个终端的性能有重要的影响。
射频电路中晶体振荡器是一个非常重要的器件，随着国产化趋势的发展，各个厂家生产的晶体质量参差不齐，各种不同晶体的老化指标成为不可忽视的问题。随着包括手机在内的终端产品的使用年限增长，晶体老化造成频率偏移，不仅会影响终端与基站的通信，还可能会影响用户全球定位系统(GPS，Global Positioning System)的使用体验，影响定位精度与定位时间。
发明内容
本公开提供一种晶体振荡器的频偏补偿方法、时钟信号的生成方法、电子设备和计算机可读存储介质。
第一方面，本公开提供了一种晶体振荡器的频偏补偿方法，包括：
根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值；
根据所述频偏补偿的目标值，对所述晶体振荡器进行频偏补偿，以使得补偿后的频率满足预定要求。
在一些实施例中，利用所述晶体的老化率函数表征所述晶体的老化规律；
所述根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，包括：
将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值。
在一些实施例中，所述频率校准函数为自动频率控制校准函数，所述目标值为补偿后的频率；
在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，利用以下公式计算所述目标值：
Freq(c,t)＝k2c+b；
其中，t为晶体的老化时间；
k2为与电容、以及晶体老化函数Aging(t)相关的频率补偿系数，c为电容值；
b为Freq(c)函数的补偿值，且Freq(c)＝k1c+b，k1是与电容相关的补偿系数。
进一步地，所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
调整晶体振荡器中电容的电容量，使得所述晶体振荡器的输出频率为所述目标值。
进一步地，在调整晶体振荡器中电容的电容量的步骤中，通过调节晶体振荡器输入电压的方式进行调整。
在一些实施例中，在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，根据以下公式计算目标值：
ΔFreq(t,T)＝C1T+Aging(t)+C0；
其中，T为晶体振荡器的温度，C1为晶体随温度变化的频偏系数，C0为晶体在常温下的频率与标准时钟频率的偏差值；
所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
在当前频率的基础上，叠加ΔFreq(t,T)算出的频率，实现对所述晶体振荡器的频偏补偿。
进一步地，在晶体老化系数包括与老化时间相关的老化系数kt的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)；
在所述晶体老化系数包括与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kW(W-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT和与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)；
其中，kt为与老化时间相关的老化系数，kT为与温度相关的老化系数，kW为与湿度相关的老化系数，T为晶体振荡器的温度，W为晶体振荡器的湿度。
第二方面，本公开提供了一种时钟信号的生成方法，包括：
根据第一方面所述的方法对晶体振荡器进行补偿，获得满足预设要求的频率；
根据满足预设要求的频率生成时钟信号。
第三方面，本公开提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据第一方面和/或第二方面中任意一项所述的方法；
一个或多个I/O接口，连接在所述处理器与存储器之间，配置为实现所述处理器与存储器的信息交互。
第四方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据第一方面和/或第二方面中任意一项所述的方法。
本公开提出的晶体振荡器的频偏补偿方法，在传统的晶体校准与频率补偿算法基础上，引入对晶体老化率的补偿技术。本公开能最大程度的弥补晶体老化造成的射频性能恶化，解决了因晶体老化导致的终端设备频率误差增大，终端通信质量降低，GPS定位精度变差，定位时间增长等问题。在成本角度考虑，通过本公开的晶体振荡器的频偏补偿方法，使晶体选型上能够选择价格更低的产品，在一定程度上降低了成本。
附图说明
图1是本公开实施例提供的一种晶体振荡器的频偏补偿方法的流程图。
图2是一种晶体的老化数据。
图3是一种晶体老化率曲线示意图。
图4是本公开实施例提供的频率校准流程示意图。
图5是本公开实施例提供的一种时钟信号的生成方法的流程图。
图6是本公开实施例提供的一种电子设备的示意图。
图7是本公开实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本公开的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
时钟单元是通信系统中一个重要的部分，对于移动通信终端设备而言，可以看作是终端的心脏，它为整个终端提供参考时钟。对于射频部分而言，它提供频率合成器的参考时钟；对于基带部分而言，它为DSP和MCU，以及其他的数字单元提供系统时钟。因此，时钟的性能(如稳定性等)对整个终端的性能有重要的影响。
在移动终端(如手机)中普遍使用的是热敏晶体谐振器(TSX，TemperatureSensing Crystal)，是一种能够精确检测温度的晶体振荡器。任何的产品都有特定的使用寿命，晶体振荡器也毫无例外。晶振老化就是在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频偏和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和晶振电路元件的缓慢变化造成的，因此，其频率偏移的速率叫老化率，可用规定时限后的最大变化率来表示。晶体老化率虽然不是主要的参数，但也是非常重要的一项指标，晶振常规的老化率一般是±3ppm和±5ppm，特殊的晶体也会有±2ppm甚至是±1ppm。
目前射频校准领域尚处在萌芽期，很多厂商并未对晶体老化问题加以重视，终端的晶体校准并未对晶体老化进行补偿。晶体老化造成的射频性能恶化具体体现在终端设备频率误差增大，影响终端的通信质量，GPS定位精度变差，定位时间增长。考虑到未来的终端设备越来越精细化，对时钟晶体指标参数越来越高，晶体作为其中最关键的射频器件，老化指标需要更加关注，对晶体老化问题的校准技术在未来将有很大发展空间。
本公开的发明人研究发现，在目前的移动通信解决方案中，普遍采用的是自动频率控制(AFC，Automatic Frequency Control)校准的办法来消除晶体体振荡器频偏的离散性。另外针对温度对晶体频率的影响因素，目前也有相应的温度校准补偿方案。这些相关技术可以在一定程度上消除TSX的离散特性。但是，这种方法没有考虑由于TSX的老化而导致的频率漂移。如果在设计当中选取了在老化率指标方面比较差的晶体振荡器，那么由老化率所带来的频率漂移就会对采取AFC校准方法所得到的压-频特性曲线带来误差，影响终端日常通信时的频率修正。
因此，本公开在传统的晶体校准与频率补偿算法基础上，引入了对晶体老化率补偿的技术，用以弥补晶体老化造成的射频性能恶化。
作为本公开的第一方面，如图1所示，本公开提供了一种晶体振荡器的频偏补偿方法，包括：
在步骤S100中，根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值；
在步骤S200中，根据所述频偏补偿的目标值，对所述晶体振荡器进行频偏补偿，以使得补偿后的频率满足预定要求。
在本公开中，所述晶体的老化规律可以是由晶体振荡器中晶体随时间变化的老化数据得到的老化函数。
例如，晶体频率随晶体老化得到的数据(Frequency aging)如图2所示，工作在常温(T_use＝25±3摄氏度)，驱动功率(Drive level)为100μW的情况下，在不同老化时间下的频率偏差(f_age)，在第一年后为±0.7×10-6，两年后为±1.4×10-6，五年后为±2.5×10-6，十年后为±5.0×10-6。由此可见，TSX的老化率，并非固定斜率的函数，而是随时间增长，变化率逐渐减小的函数。通过厂家的老化数据，可以拟合出老化率曲线函数，例如y＝k(x-1)，其中，y是晶体的老化率，k是老化系数，x是影响老化率的因素，得到的老化率曲线如图3所示。
需要说明的是，晶体生产场景可能只是提供晶体随时间变化的老化数据，这些老化数据是离散的而非连续的，而并不能直接得到晶体的老化规律，无法得到晶体在每一时刻的老化率。因此，一种可行的实施方式是，先根据老化数据分析得到老化率曲线，进而通过数学方法进行计算，确定出影响老化率的因素以及对应的老化系数，将老化率曲线通过老化率函数的方式表达出来。反过来，可以将量化的影响老化率的因素代入到老化率函数中，计算出对应的老化率，放回到老化率曲线中进行验证，确认老化率函数的准确性。当然，根据老化数据得到老化规律的方式不止上述一种，还可以根据老化数据建立数学模型，得出老化率函数，然后根据函数再得到老化率曲线。即，上述两种方法只是作为由晶体振荡器中晶体随时间变化的老化数据得到晶体的老化率规律的举例，并不用于限定步骤S100。
本公开将晶体老化因素补偿到晶体校准流程中，优化了现有射频晶体校准流程，最大程度减小时钟晶体的频率误差，提高设备长期使用后与基站的通信能力，同时提高设备长期全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的定位精度。
同时，从成本的角度考虑，在晶体的选型上，即使选择价格较低的晶体，也能通过对晶体老化的频偏补偿保持晶体频率的持久稳定，在持续老化的情况下，达到甚至超过价格较高的晶体准确频率精度，在一定程度上降低了成本。
本公开加入晶体老化因素的晶体振荡器的频偏补偿方法，一般可用于射频终端类产品进行晶体频率校准的过程中，RF模块需要在26MHz/19.2MHz的基础时钟下驱动，发射接收指定信道的射频信号。如果频率出现偏差，轻则终端与基站的通信质量变差，重则终端无法与基站进行通信。射频终端启动后，会先使用校准得到的频率控制参数产生时钟，然后进行搜网，完成搜网后还需要根据校准结果调整频率保持与基站频率同步。
由锁相环的原理知道，在锁相环锁定以后RF压控振荡器(VCO，voltage-controlled oscillator)的输出频率：Fvco＝26MHz/19.2MHz，即RF VCO的频率稳定度和频率精度由26MHz/19.2MHz晶体振荡器的频率精度决定，所以校准射频频率合成器的频率精度就等于是校准26MHz/19.2MHz晶体振荡器的频率精度。全球移动通信系统(GSM，GlobalSystem for Mobile Communications)规范要求终端的发射和接收信道频率精确度要在0.1ppm之内，终端通过接收基站的频率校准信道的信息，然后通过AFC去控制射频的本振频率可以将射频的频率误差控制在0.1ppm之内。但是每个TSX之间存在着硬件偏差，所以需要校准。通过AFC校准可以获得频率与电容阵列的一组函数关系，而电容阵列又可以通过电压来控制，因此通过校准可通过改变电压调整晶体频率。
具体以手机射频晶体校准为例，晶体校准的过程，主要有以下3种方式。
第1种，粗调：一个静态等级(static range)调谐的粗糙(coarse)的校准，也叫做电容阵列设置调谐，目的是替代晶振的负载电容，调整频率偏移，调整TSX的振荡频率。即使参考频率的频率变化，共存接入点标识(CAP ID，Coexisting Access Point Identity)的值也不需变化，它是固定的。CAP ID值只有在自动校准或者手动修改时改变，也就是正常使用时CAP ID不会随着环境等因素改变，因此校准CAP ID称为静态频率误差校准。在CAP ID的校准过程中，AFC DAC的值设置为一个中间量，大概为4096(AFC DAC范围0～8191),然后电容序列(CAP ID)调整到相比参考频率有最小的频率偏移。在CAP ID校准中，AFC DAC设置为一个中间值的原因是，对于校准后固定值的CAP ID，对于AFC DAC的动态控制等级的正偏移量和负偏移量接近相等。
第2种，AFC数模转换(DAC，digital-to-analog converter)：一个动态等级(dynamic range)调谐的精确的校准。AFC初始DAC值(initial value)，该值的范围从0～8191，对应AFC控制电压0～2.8V，校准完以后该值应该对应常温频率误差等于0的值，AFC斜率(slope)为单位DAC值能改变的射频频率误差，手机通过比较本身产生的射频频率跟基站广播信道频率的误差计算出应该增加或者减少的AFC DAC值，从而保持跟基站频率同步，跟基站的频率误差控制在0.1ppm之内
第3种，温度管理系统(TMS，Temperature Management System)系数校准(coefficient calibration)：补偿晶振的温度效应(温漂)。TMS系数校准主要目的是确定S曲线(S-Curve)的系数，来补偿晶振的温度效应。主要通过测试两个温度点和相应温度的频率值来确定S曲线的斜率，即温度系数。首先，手机从集成电源管理电路(PMIC，PowerManagement IC)读取当前温度值，然后发射一定频率的正弦波，仪表读取此正弦波的频偏以太网供电(POE，Power Over Ethernet)，记为(T0,Δf0)，然后手机加大发射功率，直到手机主板温度上升，接着继续读取温度值和发射正弦波，获取此时的温度和正弦波频偏，记为(T1,Δf1)，通过这两个参数可以计算出S曲线的系数。
随频率校准方式的不同，可以有多种频偏补偿的目标值。例如，在AFC校准方式中，确定出目标频率的情况下，通过调整与频率相关的电容、电压等与频偏补偿相关的参数，使晶体振荡器在补偿后得到的频率能够满足目标频率的预定要求；在TMS系数校准方式中，根据老化规律计算出当前晶体振荡器频率与目标频率的差值，在当前频率的基础上通过调整温度等方式补偿该差值，使晶体振荡器在补偿后得到的频率能够满足目标频率的预定要求。
在一些实施例中，利用所述晶体的老化率函数表征所述晶体的老化规律；
所述根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，包括：
将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值。
在具体的实施方式中，可以根据老化数据得到的老化率函数作为频率校准函数中的变量，对已有的频率校准函数进行扩展和细化，得到包括了老化率函数的频率校准函数。在执行频偏校准的过程中，则使用包括了老化率函数的频率校准函数确定频偏补偿的目标值，并执行相关的补偿操作。
由于改变的是原有频率校准函数的计算方法，将老化规律通过老化率函数写入或发送到终端上，终端可自行根据包括了老化率函数的频率校准函数计算得到更准确的补偿目标值，不需要改变终端上调整频偏的具体补偿操作方式，因此，终端上使用已有的硬件就能够兼容，不会增加成本。考虑到通过补偿能弥补晶体在稳定性上的差异，反而能够降低成本。
终端设备上校准一般有常温的频率校准，也称作AFC校准，以及晶体的温度校准，即通过温度的变化补偿晶体频率的偏移。本公开在这些针对晶体频率的校准中引入了老化率补偿机制，因为上述校准方式是两个相对独立的校准过程，因此可以分别引入老化率补偿机制，让校准过程更精确，也最大程度地弥补日后随着用户使用晶体老化带来的频偏。
具体地，在一些实施例中，所述频率校准函数为自动频率控制校准函数，所述目标值为补偿后的频率；
在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，利用以下公式计算所述目标值：
Freq(c,t)＝k2c+b；
其中，t为晶体的老化时间；
k2为与电容、以及晶体老化函数Aging(t)相关的频率补偿系数，c为电容值；
b为Freq(c)函数的补偿值，且Freq(c)＝k1c+b，k1是与电容相关的补偿系数。
根据晶体出厂时间，确定晶体已使用的时间，即晶体的老化时间t。根据与老化时间t对应的老化数据拟合晶体老化率曲线，记为函数Aging(t)＝kt(t-1)，其中，kt是与老化时间相关的老化系数。这样能够较为精确的得到晶体老化率随时间的变化趋势，为晶体的老化补偿提供数据支撑。将晶体老化率与具体的函数曲线拟合，从而可以精确计算老化率数值。
在常规的频率校准(AFC校准)后会得到一个载波频率与电容阵列的函数Freq(c)＝k1c+b，同时获得频差接近0的电容阵列结果。假设在两个不同时刻的频率分别为Freq1和Freq2，电容量分别为c1和c2，因为k1＝(Freq1-Freq2)/(c1-c2)，所以当Freq1与Freq2因晶体老化情况产生频偏时，k1则也同步变化，因此本公开将Aging(t)函数代入k1来表征针对晶体老化率的补偿。其中，电容量即为电容阵列的整体电容量。
在该函数中增加晶体老化率这一随时间变化的老化率函数Aging(t)，将Aging(t)作为影响频率补偿函数Freq(c)频率补偿系数k1的一个变量，即补偿系数k1变成为补偿函数k1(Aging(t))，而不是简单的加法运算，得到新的一组频率-电容阵列-时间相关的函数Freq(c,t)＝k1(Aging(t))c+b＝k1(kt(t-1))c+b＝k2c+b，其中，k2是结合了老化率函数后的与电容相关的频率补偿系数。采用此函数Freq(c,t)综合计算出来的频率就是考虑到晶体老化率的频率，根据函数Freq(c,t)获得的就是考虑到晶体老化率的补偿目标值。
得到了补偿目标值之后，便可以对影响频率的因素(如电容、电压等)进行调整，以使补偿校准后的频率得到函数Freq(c,t)算出的目标频率。或者可以根据目标频率，通过函数Freq(c,t)进行反向推导，算出影响频率的因素对应的目标值，将影响频率的因素调整到对应的目标值，即可得到目标频率。
在一些实施例中，所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
调整晶体振荡器中电容的电容量，使得所述晶体振荡器的输出频率为所述目标值。
可以通过修改电压来改变电容阵列，因此函数Freq(c,t)＝k2c+b也可写成Freq(V,t)＝k3V+b，其中k3是结合了老化率函数后的与电压相关的频率补偿系数，V是晶体振荡器的输入电压。
进一步地，在调整晶体振荡器中电容的电容量的步骤中，通过调节晶体振荡器输入电压的方式进行调整。
在一些实施例中，在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，根据以下公式计算目标值：
ΔFreq(t,T)＝C1T+Aging(t)+C0；
其中，T为晶体振荡器的温度，C1为晶体随温度变化的频偏系数，C0为晶体在常温下的频率与标准时钟频率的偏差值；
所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
在当前频率的基础上，叠加ΔFreq(t,T)算出的频率，实现对所述晶体振荡器的频偏补偿。
对晶体进行温度校准(如XO校准)，会得到晶体频偏与温度的函数曲线ΔFreq(T)＝C1T+C0，同时求得晶体关于温度的两个重要参数C1和C0，其中C0代表晶体在常温下与标准时钟频率的偏差值，C1代表晶体随温度变化的频偏系数。晶体老化率一般情况是在常温下测算的，因此利用晶体老化率函数Aging(t)对C0进行补偿，最终会得到C0与老化率相关的一组函数C0(t)＝kt(t-1)+C0。传统的晶体温度校准中，仅考虑温度变化对晶体频率的影响，本公开在晶体的温度-频偏函数中嵌入了一个常温下的老化率函数，使得ΔFreq(t,T)＝C1T+kt(t-1)+C0函数由老化时间t、晶体振荡器的温度T所决定。
根据老化规律计算出当前晶体振荡器频率与目标频率的差值，通过调整温度等方式可以在当前频率的基础上补偿该差值，使晶体振荡器在补偿后得到的频率能够满足目标频率的预定要求。
上述的温度校准方式，是在常温下测算的，而温度不仅会影响晶体振荡器产生的频率，也会影响晶体的老化率。针对一些极限场景下需要高精度频率的情况，例如用于高温高湿工业环境还需要精确时钟频率的设备，老化率函数还与晶体振荡器的温度、湿度等因素相关，为了更加精确的测算老化率对频率的影响，老化率函数可以再引入关于温度T、湿度W的因素，将其代入上述AFC校准或温度校准中，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，得到更精确的频率补偿效果。
可选地，所述老化率函数还与以下因素中的至少一者相关：
晶体振荡器的温度、晶体振荡器的湿度。
进一步地，在晶体老化系数包括与老化时间相关的老化系数kt的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)；
在所述晶体老化系数包括与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kW(W-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT和与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)；
其中，kt为与老化时间相关的老化系数，kT为与温度相关的老化系数，kW为与湿度相关的老化系数，T为晶体振荡器的温度，W为晶体振荡器的湿度。
在一些实施例中，将晶体振荡器的温度T和湿度W作为变量计算老化率函数，也可以将老化率函数Aging(t)变形为Aging(t,T,W)＝kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)，将Aging(t,T,W)代入到上述AFC校准或温度校准中，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，得到更精确的频率补偿效果。
需要说明的是，在老化率函数Aging(t,T,W)中，若不需考虑温度T和/或湿度W，并非将T和/或W取0，而是将对应的老化系数kT和/或kW置为0，即老化率函数中不考虑该项因素的影响。
本公开考虑到老化时间、温度、湿度等多项因素可能对晶体老化率造成的影响，得到能够更准确体现晶体老化规律的老化率函数，并将老化率函数应用到晶体校准与频率补偿算法中，获得符合晶体老化规律的频偏补偿的目标值，通过晶体振荡器进行频偏补偿，最大程度的弥补晶体老化造成的射频性能恶化，有效提升射频终端与基站频率的对准，提升用户体验度。
下面结合2个实施例对本公开第一个方面所述的晶体振荡器的频偏补偿方法在频偏校准补偿中的具体应用进行介绍。
实施例1
整体的频偏校准流程如图4所示。
根据与老化时间t对应的老化数据得到老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)，得到晶体老化率随时间的变化趋势，为晶体的老化补偿提供数据支撑。将晶体老化率与具体的函数曲线拟合，从而可以精确计算老化率数值。
根据晶体出厂时间，确定晶体已使用的时间，即晶体的老化时间t。将晶体老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)代入到AFC校准和温度校准的流程中。
在频率校准(AFC校准)后会得到一个载波频率与电容阵列的函数Freq(c)＝k1c+b，同时获得频差接近0的电容阵列结果。假设在两个不同时刻的频率分别为Freq1和Freq2，电容量分别为c1和c2，因为k1＝(Freq1-Freq2)/(c1-c2)，所以当Freq1与Freq2因晶体老化情况产生频偏时，k1则也同步变化，因此本公开将Aging(t)函数代入k1来表征针对晶体老化率的补偿。将Freq(c)其归一化后，在该函数中增加晶体老化率这一随时间变化的老化率函数Aging(t)，将Aging(t)作为影响频率补偿函数Freq(c)频率补偿系数k1的一个变量，即k1变成为k1(Aging(t))，而不是简单的加法运算，得到新的一组频率-电容阵列-时间相关的函数Freq(c,t)＝k1(Aging(t))c+b＝k2c+b，其中，k2是结合了老化率函数后的与电容相关的频率补偿系数。采用函数Freq(c,t)综合计算出来的频率就是考虑到晶体老化率的频率，根据函数Freq(c,t)获得的就是考虑到晶体老化率的补偿目标值。
也可以通过修改电压来改变电容阵列，因此函数Freq(c,t)＝k2c+b也可写成Freq(V,t)＝k3V+b，其中k3是结合了老化率函数后的与电压相关的频率补偿系数，V是晶体振荡器的输入电压。
对晶体进行温度校准(如XO校准)，会得到晶体频偏与温度的函数曲线ΔFreq(T)＝C1T+C0，同时求得晶体关于温度的两个重要参数C1和C0，其中C0代表晶体在常温下与标准时钟频率的偏差值，C1代表晶体随温度变化的频偏系数。晶体老化率一般情况是在常温下测算的，因此利用晶体老化率函数Aging(t)对C0进行补偿，最终会得到C0与老化率相关的一组函数C0(t)＝kt(t-1)+C0。传统的晶体温度校准中，仅考虑温度变化对晶体频率的影响，本公开在晶体的温度-频偏函数中嵌入了一个常温下的老化率函数，使得ΔFreq(t,T)＝C1T+kt(t-1)+C0由老化时间t、晶体振荡器的温度T所决定。
实施例2
针对一些极限场景下需要高精度频率的情况，例如用于高温高湿工业环境还需要精确时钟频率的设备，老化率函数还与晶体振荡器的温度、湿度等因素相关，为了更加精确的测算老化率对频率的影响，老化率函数可以再引入关于温度T、湿度W的变量，即将晶体老化率函数Aging(t)变形为Aging(t,T,W)＝kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)，将其代入上述实施例1的AFC校准或温度校准过程中，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，得到更精确的频率补偿效果。
在AFC校准中，结合晶体老化率函数Aging(t,T,W)，将Freq(c,t)变形为Freq(c,t,T,W)＝k1(Aging(t))c+b＝[kt’(t-1)+KT’(T-1)+kw’(W-1)]c+b，其中，kt’是结合了老化率函数后与老化时间和电容相关的频率补偿系数、KT’是结合了老化率函数后与温度和电容相关的频率补偿系数、kw’是结合了老化率函数后与湿度和电容相关的频率补偿系数。在计算Freq(c,t,T,W)的过程中，在不考虑温度和/或湿度的情况下，可将对应补偿系数置为0。
在温度校准中，在晶体的温度-频偏函数ΔFreq(T)＝C1T+C0中嵌入了一个老化率函数Aging(t,T,W)，使得ΔFreq(T)变形为ΔFreq(t,T,W)＝C1T+[kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)]+C0，由老化时间t、晶体振荡器的温度T、晶体振荡器的湿度W所决定补偿目标值。
第二方面，本公开提供了一种时钟信号的生成方法，如图5所示，所述时钟信号的生成方法包括：
在步骤S300中，根据第一方面所述的方法对晶体振荡器进行补偿，获得满足预设要求的频率；
在步骤S400中，根据满足预设要求的频率生成时钟信号。
时钟单元是通信系统中一个重要的部分，对于移动通信终端设备而言，它为整个终端提供参考时钟，可以看作是终端的心脏。目前很多厂商并未对晶体老化问题加以重视，终端的晶体校准并未对晶体老化进行补偿。晶体老化造成的射频性能恶化具体体现在终端设备频率误差增大，影响终端的通信质量，GPS定位精度变差，定位时间增长。
本公开将晶体老化因素补偿到晶体校准流程中，优化了现有射频晶体校准流程，有效提升射频终端与基站频率的对准，最大程度减小时钟晶体的频率误差，提供持久稳定的时钟信号，因此，能够提高终端设备长期使用后与基站的通信能力，同时提高设备长期GNSS的定位精度，提升用户体验度。
第三方面，本公开实施例提供一种电子设备，如图6所示，其包括：
一个或多个处理器501；
存储器502，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述第一方面和/或第二方面中任意一项所述的方法；
一个或多个I/O接口503，连接在处理器与存储器之间，配置为实现处理器与存储器的信息交互。
其中，处理器501为具有数据处理能力的器件，其包括但不限于中央处理器(CPU)等；存储器502为具有数据存储能力的器件，其包括但不限于随机存取存储器(RAM，更具体如SDRAM、DDR等)、只读存储器(ROM)、带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存(FLASH)；I/O接口(读写接口)503连接在处理器501与存储器502间，能实现处理器501与存储器502的信息交互，其包括但不限于数据总线(Bus)等。
在一些实施例中，处理器501、存储器502和I/O接口503通过总线504相互连接，进而与计算设备的其它组件连接。
作为一种可选实施方式，电子设备为包括晶体振荡器的终端设备。例如，可以是手机、平板电脑等终端设备。
第四方面，本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，如图7所示，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面和/或第二方面任意一项所述的方法。
本公开针对晶体老化导致的UE频率误差增大，终端通信质量降低，GPS定位精度变差，定位时间增长等问题，提出了晶体振荡器的频偏补偿方法，在传统的晶体校准与频率补偿算法基础上，引入对晶体老化率的补偿技术，能最大程度的弥补晶体老化造成的射频性能恶化，有效提升射频终端与基站频率的对准，提升用户体验度。在成本角度考虑，即使选择了价格较低的晶体，也能通过本公开的晶体振荡器的频偏补偿方法使保持晶体频率的持久稳定，在持续老化的情况下，达到甚至超过价格较高的晶体准确频率精度，使晶体选型上能够在一定程度上降低成本。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上参照附图说明了本公开的优选实施例，并非因此局限本公开的权利范围。本领域技术人员不脱离本公开的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本公开的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种晶体振荡器的频偏补偿方法，包括：
根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值；
根据所述频偏补偿的目标值，对所述晶体振荡器进行频偏补偿，以使得补偿后的频率满足预定要求。
2.根据权利要求1所述的晶体振荡器的频偏补偿方法，其中，利用所述晶体的老化率函数表征所述晶体的老化规律；
所述根据晶体振荡器中晶体的老化规律，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值，包括：
将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值。
3.根据权利要求2所述的晶体振荡器的频偏补偿方法，其中，所述频率校准函数为自动频率控制校准函数，所述目标值为补偿后的频率；
在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，利用以下公式计算所述目标值：
Freq(c,t)＝k2c+b；
其中，t为晶体的老化时间；
k2为与电容、以及晶体老化函数Aging(t)相关的频率补偿系数，c为电容值；
b为Freq(c)函数的补偿值，且Freq(c)＝k1c+b，k1是与电容相关的补偿系数。
4.根据权利要求3所述的频偏补偿方法，其中，所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
调整晶体振荡器中电容的电容量，使得所述晶体振荡器的输出频率为所述目标值。
5.根据权利要求4所述的晶体振荡器的频偏补偿方法，其中，在调整晶体振荡器中电容的电容量的步骤中，通过调节晶体振荡器输入电压的方式进行调整。
6.根据权利要求2所述的晶体振荡器的频偏补偿方法，其中，在所述将所述老化率函数作为频率校准函数中的变量，确定对晶体振荡器进行频偏补偿的目标值的步骤中，根据以下公式计算目标值：
ΔFreq(t,T)＝C1T+Aging(t)+C0；
其中，T为晶体振荡器的温度，C1为晶体随温度变化的频偏系数，C0为晶体在常温下的频率与标准时钟频率的偏差值；
所述对所述晶体振荡器进行频偏补偿包括：
在当前频率的基础上，叠加ΔFreq(t,T)算出的频率，实现对所述晶体振荡器的频偏补偿。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的晶体振荡器的频偏补偿方法，其中，
在晶体老化系数包括与老化时间相关的老化系数kt的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)；
在所述晶体老化系数包括与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kW(W-1)；
在所述晶体老化系数包括与温度相关的老化系数kT和与湿度相关的老化系数kW的情况下，所述老化率函数Aging(t)＝kt(t-1)+kT(T-1)+kW(W-1)；
其中，kt为与老化时间相关的老化系数，kT为与温度相关的老化系数，kW为与湿度相关的老化系数，T为晶体振荡器的温度，W为晶体振荡器的湿度。
8.一种时钟信号的生成方法，包括：
根据权利要求1至7中任意一项所述的方法对晶体振荡器进行补偿，获得满足预设要求的频率；
根据满足预设要求的频率生成时钟信号。
9.一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至8中任意一项所述的方法；
一个或多个I/O接口，连接在所述处理器与存储器之间，配置为实现所述处理器与存储器的信息交互。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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