CN202818228U

CN202818228U - 高精度数字温度补偿型晶体振荡器

Info

Publication number: CN202818228U
Application number: CN 201220529996
Authority: CN
Inventors: 李建锋; 张磊
Original assignee: XI'AN SUPERMICRO ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: XI'AN SUPERMICRO ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-10-16

Abstract

本实用新型公开了一种高精度数字温度补偿型晶体振荡器，包括石英晶体和集成电路，所述集成电路包括处理器、温度传感器、AD转换器、EEPROM、振荡电路和计时电路。所述温度传感器感应温度，将温度参量转换为模拟电压信号发送给AD转换器，所述AD转换器将所述模拟电压信号转换为数字电压信号，发送给处理器，所述处理器按照接收到的数字电压信号读取EEPROM中存储的数据，并根据所读取到的数据控制振荡电路中负载电容的值；振荡电路输出的时钟信号经所述计时电路进行分频后输出至输出端子。本实用新型在全温度范围内，通过数字信号处理，对时钟信号进行实时补偿，可得到高精度的时钟信号。

Description

高精度数字温度补偿型晶体振荡器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种高精度数字温度补偿型晶体振荡器。

背景技术

近些年，随着电子技术的不断发展，时钟源作为电子设备的心脏应用越来越广泛，从最简单的玩具、家电、钟表到复杂的计算机、手机、卫星导航和尖端的通讯、航空设备上都要大量用到时钟源。

温度补偿型水晶振荡器作为一种性能非常优越的时钟源，深受高端电子产品的欢迎，其最大的优点是在任何温度下都可以保持输出频率的稳定，这样就可以保证电子产品不受工作环境温度的限制了。

图1所示，为目前产生温度补偿型水晶振荡器的一种结构，这种结构大致可以分为四个部分，温度传感器10，微处理器11，时钟芯片12，石英晶体13。

温度传感器10感受环境温度，将信号反馈到微处理器11，时钟芯片12和石英晶体13结合产生时钟信号，微处理器11控制时钟芯片12对时钟信号进行调整。当环境温度变化时，石英晶体13的特性会变化，这必然导致输出的时钟信号偏移，而此时温度传感器10将环境温度传给微处理器11，微处理器11进行处理，输出控制信号给时钟芯片12，时钟芯片12再根据微处理器11输入的信号对时钟信号的偏移进行调整，这样时钟信号就会稳定不变。

然而此种方法也存在一些问题，首先它应用起来比较复杂，分立器件比较多，费用较高，其次就是占用PCB的面积比较大，最后就是温度感应的不一致性，由于是分立器件，必然导致石英晶体所感受的温度和温度传感器所感受的温度的差异，这一差异必然导致对偏移量所做修调的不准确性，输出的频率将不能达到高精度的要求。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题就是克服现有技术的振荡器分立器件较多、且由于石英晶体所处温度和温度传感器所处温度的差异导致对偏移量所做修调的不准确性的问题，提出一种集成度更高，输出频率精度更高，性能更稳定的振荡器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高精度数字温度补偿型晶体振荡器，包括石英晶体和集成电路，所述集成电路包括处理器、温度传感器、AD转换器、EEPROM、振荡电路和计时电路，其中，

所述处理器分别与所述温度传感器、AD转换器、EEPROM（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）、振荡电路、计时电路相连，温度传感器与AD转换器相连，振荡电路分别与石英晶体、计时电路相连；所述温度传感器感应温度，将温度参量转换为模拟电压信号发送给AD转换器，所述AD转换器将所述模拟电压信号转换为数字电压信号，发送给处理器，所述处理器按照接收到的数字电压信号读取EEPROM中存储的数据，并根据所读取到的数据控制振荡电路中负载电容的值；振荡电路输出的时钟信号经所述计时电路进行分频后输出至输出端子。

优选地，上述高精度数字温度补偿型晶体振荡器还具有以下特点：

所述振荡电路包括放大电路、第一负载电容阵列和第二负载电容阵列，其中放大电路与所述石英晶体并联，放大电路的一端与所述第一负载电容阵列相连，另一端与所述第二负载电容阵列相连；所述处理器与所述第一负载电容阵列、第二负载电容阵列相连。

所述EEPROM22为8位，512字节。

所述处理器接收所述计时电路输出的时钟信号，根据所述时钟信号控制所述温度传感器的开启和关闭。

本实用新型在全温度范围内，通过数字信号处理，对时钟信号进行实时补偿，可得到高精度的时钟信号。

附图说明

图1是现有技术的实现全温度范围高精度时钟振荡器的示意图；

图2是本实用新型实施例的高精度数字温度补偿型晶体振荡器示意图；

图3是本实用新型实施例的振荡电路的原理图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图2所示，为本实用新型的具体原理图，集成电路20和石英晶体24结合在一起，构成本实用新型的高精度数字温度补偿型晶体振荡器。

集成电路20包括处理器21、温度传感器27、AD转换器26、EEPROM22、振荡电路23和计时电路25，所述处理器21分别与所述温度传感器27、AD转换器26、EEPROM22、振荡电路23、计时电路25相连，温度传感器27与AD转换器26相连，振荡电路23分别与石英晶体24、计时电路25相连；所述温度传感器27感应温度，将温度参量转换为模拟电压信号发送给AD转换器26，所述AD转换器26将所述模拟电压信号转换为数字电压信号，发送给处理器21，所述处理器21按照接收到的数字电压信号读取EEPROM22中存储的数据，并根据所读取到的数据控制振荡电路23中负载电容的值；振荡电路23输出的时钟信号经所述计时电路25进行分频后输出至输出端子。

石英晶体24和振荡电路23构成最基本的振荡器，产生最高频的时钟输出。振荡电路23为石英晶体24提供负载电容，而负载电容的大小会影响到振荡器输出频率的大小。处理器21会发出控制信号去控制振荡电路23内负载电容的大小，从而达到调整输出频率的目的。

温度传感器27将变化的温度转化成变化的电压，是一种模拟量的传输。变化的电压经AD转换器26转化成8位数字码，也就是说温度作为模拟量最后转变为8位数字信号。8位数字量传递给处理器21进行处理，处理器21将8位数字码作为EEPROM22的地址码，对EEPROM22读取该地址码对应的值，处理器21根据读取得到的值，控制振荡电路23内负载电容的大小。

EEPROM22采用512个字节，每个字节是8位。每两个字节构成一组数据，通过处理器去控制负载电容的大小。本实用新型的振荡器工作在-40度到85度之间，EEPROM22提供了250组数据对应温度区间，也就是说每0.5度对应一组数据，也就是说当环境温度每改变0.5度，地址码就改变一位，处理器读取得数据就会调整一次负载电容。

图3是振荡电路内部原理图，振荡电路23包括放大电路43、第一负载电容阵列41和第二负载电容阵列42，其中放大电路43与所述石英晶体24并联，放大电路43的一端与所述第一负载电容阵列41相连，另一端与所述第二负载电容阵列42相连；所述处理器21与所述第一负载电容阵列41、第二负载电容阵列42相连。

振荡电路23和石英晶体24就形成了振荡器，放大电路43为石英晶体24提供必要的增益，负载电容阵列一方面提供石英晶体24振荡所需的负载电容，另一方面调整输出频率的精度。负载电容阵列是由一系列的开关和等值电容组合而成。每一个开关控制不同的电容组合，而所有开关的组合又是由处理器21控制的，所以可通过处理器21发送不同的信号，进行电容的任意组合。

为了更清楚地阐述本实用新型电路的工作原理，下面结合环境温度的变化来进一步说明。

假设环境温度发生改变，由于晶体具有温度特性，那么振荡器的输出频率将会发生偏移。此时温度传感器27将第一时间感知温度的变化，并将变化后的电压传递给AD转换器26。AD转换器26将环境温度进行编码，形成8位数字信号，传递给处理器21，处理器21将8位数字信号作为EEPROM22的地址信号，读取EEPROM22的一组值，这一组值就代表此时温度下，电容阵列所要进行的组合量。

处理器21将这一组值从EEPROM22读取后，再传递给振荡电路23，去调节振荡电路23内部的电容阵列。从而最终调整输出频率，将频率偏移量修正。

振荡电路23输出的时钟信号为32.768KHZ，经过计时电路分频，可输出1024HZ、秒、分、时等时钟信号。

处理器21接收所述计时电路25输出的时钟信号，按照所述时钟信号控制所述温度传感器27的开启和关闭。这样，温度传感器27可进行不同周期的采样，有0.5秒，2秒，10秒，20秒四种选择，这样在不同的温度变换环境下可相应的选择，温度变化快的环境可以选择0.5s，温度变化慢的可以选择20s，通过适当的选取补偿间隔，达到功耗最优的目的。

在振荡器的工作温度范围内，当环境温度发生改变时，集成电路都可以有效的调节输出频率的偏移，达到输出时钟的高精度要求。

本实用新型采用数字型补偿方法，速度快，稳定性高，在应用中已经得到了充分的展示。

Claims

1.一种高精度数字温度补偿型晶体振荡器，包括石英晶体（24），其特征在于，还包括集成电路（20），所述集成电路（20）包括处理器（21）、温度传感器（27）、AD转换器（26）、EEPROM（22）、振荡电路（23）和计时电路（25），其中，

所述处理器（21）分别与所述温度传感器（27）、AD转换器（26）、EEPROM（22）、振荡电路（23）、计时电路（25）相连，所述温度传感器（27）与AD转换器（26）相连，所述振荡电路（23）分别与石英晶体（24）、计时电路（25）相连；所述温度传感器（27）感应温度，将温度参量转换为模拟电压信号发送给AD转换器（26），所述AD转换器（26）将所述模拟电压信号转换为数字电压信号，发送给处理器（21），所述处理器（21）按照接收到的数字电压信号读取EEPROM（22）中存储的数据，并根据所读取到的数据控制振荡电路（23）中负载电容的值；振荡电路（23）输出的时钟信号经所述计时电路（25）进行分频后输出至输出端子。

2.如权利要求1所述的高精度数字温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，所述振荡电路（23）包括放大电路（43）、第一负载电容阵列（41）和第二负载电容阵列（42），其中放大电路（43）与所述石英晶体（24）并联，放大电路（43）的一端与所述第一负载电容阵列（41）相连，另一端与所述第二负载电容阵列（42）相连；所述处理器（21）与所述第一负载电容阵列（41）、第二负载电容阵列（42）相连。

3.如权利要求1所述的高精度数字温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，所述EEPROM（22）为8位，512字节。

4.如权利要求1所述的高精度数字温度补偿型晶体振荡器，其特征在于，所述处理器（21）接收所述计时电路（25）输出的时钟信号，根据所述时钟信号控制所述温度传感器（27）的开启和关闭。