DE102011009799A1

DE102011009799A1 - Temperaturkompensation für einen Oszillatorkristall

Info

Publication number: DE102011009799A1
Application number: DE102011009799A
Authority: DE
Inventors: Markus 46539 Hammes; Dieter 41066 Quaschik; Stefan van 46509 Waasen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2010-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20170134028A1; US9344095B2; US20170085271A1; US20110187422A1

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung (100) ist mit einer Oszillatorschnittstelle (22, 23) zur Kopplung mit einem Oszillatorkristall (12) eines Oszillatorelements (10) ausgestattet. Die elektronische Vorrichtung (100) beinhaltet eine Oszillatorschaltung (110), welche mit der Oszillatorschnittstelle (22, 23) gekoppelt ist und ein Oszillatorsignal (OSC) erzeugt. Die elektronische Vorrichtung (100) umfasst darüber hinaus eine Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) zur Kopplung mit einem Temperatursensor (14) des Oszillatorelements (10), um ein Temperatursignal (TS) aufzunehmen. Zur Bewerkstelligung einer Temperaturkompensation ist die elektronische Vorrichtung (100) mit einer Messungssteuervorrichtung (140) versehen, welche mit der Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) gekoppelt ist und dazu ausgestaltet ist, einen ersten Wert des Temperatursignals (TS) an einem ersten Zeitpunkt zu messen und einen zweiten Wert des Temperatursignals (TS) an einem zweiten Zeitpunkt zu messen. Eine Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) ist vorgesehen, um eine Frequenzdrift des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals (TS) und des zweiten Werts des Temperatursignals (TS) abzuschätzen. Mittels einer Kompensationslogik (170), wird auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift ein Frequenzkompensationssignal für die Oszillatorschaltung (110) erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Temperaturkompensationstechniken für einen Oszillatorkristall.
Bei elektronischen Vorrichtungen ist es bekannt, Oszillatorkristalle zum Zwecke der Erzeugung eines Oszillatorsignals zu verwenden. Zum Beispiel kann ein solches Oszillatorsignal als Grundlage für den Betrieb eines Funkempfängers verwendet werden, z. B. in einem Mobilkommunikationssystem oder in einem Positionierungsgerät.
Für einige Anwendungen ist es erforderlich, dass das Oszillatorsignal eine sehr stabile Frequenz aufweist. Beispiele für solche Anwendungen sind hochentwickelte Mobilkommunikationssysteme, wie z. B. UMTS-Mobilkommunikationssysteme (UMTS: „Universal Mobile Telecommunication System”), oder satellitenbasierte Positionierungssysteme, wie z. B. GPS („Global Positioning System”).
Herkömmliche Oszillatorkristalle bieten jedoch typischerweise nicht die erforderliche Frequenzstabilität. Insbesondere kann die Frequenz zusammen mit der Temperatur des Oszillatorkristalls variieren.
Es besteht folglich ein Bedarf für Techniken, welche auch bei variierender Temperatur eine hohe Stabilität von über Oszillatorkristalle bereitgestellten Frequenzen ermöglichen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diesem Bedarf gerecht zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 19 und ein Verfahren gemäß Anspruch 22 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird somit eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt. Die elektronische Vorrichtung umfasst eine Oszillatorschnittstelle und eine Temperaturmessungsschnittstelle. Darüber hinaus umfasst die elektronische Vorrichtung eine Oszillatorschaltung, eine Messungssteuervorrichtung, eine Frequenzdriftabschätzvorrichtung und eine Kompensationslogik. Die Oszillatorschnittstelle ist zur Kopplung mit einem Oszillatorkristall eines Oszillatorelements ausgestaltet, und die Temperaturmessungsschnittstelle ist dazu ausgestaltet, mit einem Temperatursensor des Oszillatorelements gekoppelt zu werden, um ein Temperatursignal zu empfangen. Die Oszillatorschaltung ist mit der Oszillatorschnittstelle gekoppelt und ist dazu ausgestaltet, ein Oszillatorsignal zu erzeugen. Die Messungssteuervorrichtung ist mit der Temperaturmessungsschnittstelle gekoppelt und ist dazu ausgestaltet, an einem ersten Zeitpunkt einen ersten Wert des Temperatursignals zu messen und an einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Wert des Temperatursignals zu messen. Die Frequenzdriftabschätzvorrichtung ist dazu ausgestaltet, eine Frequenzdrift des Oszillatorsignals auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals und des zweiten Werts des Temperatursignals abzuschätzen. Die Kompensationslogik ist dazu ausgestaltet, auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift ein Frequenzkompensationssignal für die Oszillatorschaltung zu erzeugen.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung lediglich dazu gedacht ist, eine kurze Übersicht einiger Merkmale von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, und nicht als einschränkend zu verstehen ist. Insbesondere können andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale, mehr Merkmale und/oder alternative Merkmale umfassen.
1 veranschaulicht schematisch eine elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 veranschaulicht schematisch eine Oszillatorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 veranschaulicht schematisch eine elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche durch mehrere Komponenten implementiert ist.
5 zeigt ein Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung von Funktionen in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt eine beispielhafte Temperaturcharakteristik eines Oszillatorkristalls, wie er bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
7 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse, welche den Frequenzfehler eines Oszillatorsignals als Funktion der Zeit bei Vorliegen eines Temperaturgradienten zeigen.
8 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse, welche die Frequenzdrift eines Oszillatorsignals als Funktion der Zeit bei Vorliegen eines Temperaturgradienten zeigen.
Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es versteht sich, dass in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen jegliche beschriebene oder in den Zeichnungen dargestellte direkte Verbindung oder Kopplung zwischen funktionalen Blöcken, Vorrichtungen, Komponenten, Schaltungselementen oder anderen physikalischen oder funktionalen Einheiten auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d. h. eine Verbindung oder Kopplung, welche ein oder mehrere Zwischenelemente umfasst, implementiert sein könnte. Darüber hinaus versteht es sich, dass in den Zeichnungen dargestellte funktionale Blöcke oder Einheiten als separate Schaltungen implementiert sein können, jedoch auch vollständig oder teilweise in einer gemeinsamen Schaltung implementiert sein können. Mit anderen Worten ist beabsichtigt, dass die Beschreibung von verschiedenen funktionalen Blöcken ein klares Verständnis von verschiedenen in einer Vorrichtung ausgeführten Funktionen ermöglicht, und bedeutet nicht, dass diese funktionalen Blöcke tatsächlich separat implementiert sein müssen. Zum Beispiel können ein oder mehrere funktionale Blöcke implementiert sein, indem ein Prozessor mit einem geeignet ausgestalteten Programmcode programmiert wird.
Es wird angemerkt, dass die Zeichnungen beigefügt sind, um eine Veranschaulichung von einigen Aspekten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und daher als lediglich schematisch anzusehen sind. Insbesondere sind die in den Zeichnungen dargestellten Elemente nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu dargestellt, und die Anordnung von verschiedenen Elementen und Zeichnungen ist gewählt, um ein klares Verständnis des jeweiligen Ausführungsbeispieles zu ermöglichen, und ist nicht notwendigerweise als eine Darstellung der tatsächlichen relativen Positionen der veranschaulichten Strukturen zu verstehen.
Es versteht sich auch, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander geeignet kombiniert werden können. Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen ist hingegen nicht dahingehend zu verstehen, dass es bedeutet, dass alle beschriebenen Merkmale zur Ausführung der vorliegenden Erfindung notwendig sind. Zum Beispiel können andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale umfassen.
Nun auf die Figuren Bezug nehmend, veranschaulicht 1 schematisch eine elektronische Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die elektronische Vorrichtung 100 kann unter Verwendung einer oder mehrerer integrierter Schaltungen implementiert sein, unter Umständen in Kombination mit zusätzlichen Elementen wie Widerstände, Kondensatoren, Antennen oder dergleichen. Wie darüber hinaus dargestellt, ist die elektronische Vorrichtung 100 mit einem Oszillatorelement 10 gekoppelt. Das Oszillatorelement 10 umfasst einen Oszillatorkristall 12.
Darüber hinaus umfasst das Oszillatorelement 10 einen Temperatursensor 14, z. B. eine temperaturempfindliche Diode oder einen temperaturempfindlichen Widerstand. Eine thermische Kopplung des Temperatursensors 14 mit dem Oszillatorkristall 12 kann beispielsweise bewerkstelligt sein, indem der Temperatursensor 14 in der Nähe des Oszillatorkristalls 12 angeordnet ist, indem der Temperatursensor 14 über ein wärmeleitendes Material, wie zum Beispiel Wärmeleitpaste oder dergleichen, mit dem Oszillatorkristall 12 verbunden ist, indem der Temperatursensor 14 und der Oszillatorkristall in einem gemeinsamen Gehäuse oder einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet sind, oder durch jegliche Kombination der genannten Maßnahmen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Temperatursensor 14 ein Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten sein, was mitunter als NTC-Widerstand bezeichnet wird (NTC: „Negative Temperature Coefficient”). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 14 mit einem Anschluss an ein gegebenes Potential, z. B. Masse, gekoppelt dargestellt, während der andere Anschluss zur Aufnahme eines Testsignals und/oder zum Extrahieren eines Temperatursignals verfügbar ist. Eine solche Konfiguration kann beispielsweise verwendet werden, wenn der Temperatursensor 14 ein Widerstand ist. Es versteht sich jedoch, dass abhängig von dem Typ des Temperatursensors 14 der Temperatursensor 14 auch in anderen Konfigurationen verschaltet sein kann. Das Oszillatorelement 10, welches den Oszillatorkristall 12 und den Temperatursensor 14 beinhaltet, kann als ein „System-in-Package” (SiP) implementiert sein.
Die elektronische Vorrichtung 100 umfasst eine Oszillatorschaltung 110. Die Oszillatorschaltun 110 ist dazu ausgestaltet, ein Oszillatorsignal OSC zu erzeugen, welches verschiedene Signalformen aufweisen kann, z. B. sinusförmig, trapezförmig oder rechteckförmig. Das Oszillatorsignal OSC kann auch in Form eines digitalen Taktsignals erzeugt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Oszillatorschaltung 110 als eine Frequenzsynthesizerschaltung ausgestaltet sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oszillatorschaltung 110 als eine Taktgeneratorschaltung ausgestaltet sein. Die Oszillatorschaltung 110 kann verschiedene Typen von Oszillatorschaltungsaufbau aufweisen, welche geeignet sind, mit dem Oszillatorkristall 12 gekoppelt zu werden, z. B. einen analogen Referenzoszillator. Ein solcher Oszillatorschaltungsaufbau kann sich aus Widerständen, Kondensatoren, Transistoren oder dergleichen zusammensetzen. Darüber hinaus kann die Oszillatorschaltung 110 eine Phasenregelschleife bzw. PLL (PLL: „Phase-Locked-Loop”) umfassen, z. B. eine N-Fractional-PLL, und/oder einen Signalformer, welcher dazu ausgestaltet ist, das Oszillatorsignal mit einer gewünschten Signalform auszugeben, z. B. als ein digitales Taktsignal, welches zwischen zwei digitalen Werten wechselt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Oszillatorschaltung 110 über eine Oszillatorschnittstelle der elektronischen Vorrichtung 100, welche durch Anschlüsse 22, 23 bereitgestellt ist, mit dem Oszillatorelement 10 gekoppelt. Durch Verwendung der Oszillatorschnittstelle kann das Oszillatorelement 10 mit dem Oszillatorkristall 12 beabstandet von der elektronischen Vorrichtung 100 angeordnet werden, was eine Temperaturvariation des Oszillatorkristalls 12 aufgrund von durch die elektronische Vorrichtung 100 erzeugte Wärme reduziert.
Wie darüber hinaus dargestellt, umfasst die elektronische Vorrichtung 100 Anschlüsse 24, 25 zur Kopplung mit dem Temperatursensor 14 des Oszillatorelements 10. Die Anschlüsse 24, 25 implementieren eine Temperaturmessungsschnittstelle der elektronischen Vorrichtung 100. Über die Temperaturmessungsschnittstelle kann die elektronische Vorrichtung 100 ein Temperatursignal TS von dem Temperatursensor 14 empfangen.
Bei dem dargestellten Beispiel ist das Temperatursignal TS ein analoges Signal, und die elektronische Vorrichtung 100 umfasst einen Analog-Digital-Wandler bzw. ADC 120 (ADC: „Analog-to-Digital-Converter”) zur Umwandlung des Temperatursignals TS in ein digitales Signal. Darüber hinaus umfasst die elektronische Vorrichtung 100 eine Testsignalquelle 125, welche dazu ausgestaltet ist, ein Testsignal PS an den Temperatursensor 14 des Oszillatorelements 10 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Testsignal PS ein Strom, und das Temperatursignal TS ist eine an dem Temperatursensor 14 erzeugte Spannung.
Es versteht sich, dass andere Typen von Temperatursignalen ebenfalls einsetzbar sind. Zum Beispiel kann das Temperatursignal TS ein digitales Signal sein, welches beispielsweise von einem Analog-Digital-Wandler in dem Oszillatorelement 10 erzeugt wird, oder das Temperatursignal TS kann ein Strom sein. Abhängig von dem Typ des Temperatursignals TS und der Implementierung der Temperaturmessung in dem Oszillatorelement 10 können der Analog-Digital-Wandler 120 und/oder die Testsignalquelle 125 der elektronischen Vorrichtung 100 weggelassen werden oder durch andere Elemente ersetzt werden.
Die elektronische Vorrichtung 100 umfasst darüber hinaus eine Messungssteuervorrichtung 140. Die Messungssteuervorrichtung 140 ist dazu ausgestaltet, Messungen des Temperatursignals TS zu steuern. Insbesondere ist die Messungssteuervorrichtung 140 dazu ausgestaltet, wenigstens einen ersten Wert des Temperatursignals TS an einem ersten Zeitpunkt und einen zweiten Wert des Temperatursignals TS an einem zweiten Zeitpunkt zu messen. Gemäß einer Implementierung kann die Messungssteuervorrichtung 140 den Wert des Temperatursignals TS in regelmäßigen Zeitintervallen wiederholt messen, wodurch kontinuierlich neue Paare von erstem und zweitem Wert erzeugt werden. Wie hierin verwendet können der erste und zweite Wert ein beliebiges Paar von Werten sein, welche an verschiedenen Zeitpunkten gemessen wurden, z. B. zwei aufeinanderfolgend gemessene Werte. Zur Durchführung der Messungen steuert die Messungssteuervorrichtung 140 auf geeignete Weise den Analog-Digital-Wandler 120 und/oder die Testsignalquelle 125. In den folgenden Erläuterungen wird der erste Wert des Temperatursignals TS als T₁ bezeichnet und der zweite Wert des Temperatursignals TS wird als T₂ bezeichnet.
Wie darüber hinaus dargestellt, umfasst die elektronische Vorrichtung 100 eine Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 und eine Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160. Die gemessenen Werte des Temperatursignals TS, d. h. der erste Temperatursignalwert T₁ und der zweite Temperatursignalwert T₂, werden der Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 und der Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160 zugeführt.
Die Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 verwendet die Werte T₁ und T₂ zur Abschätzung einer Frequenzdrift des Oszillatorsignals OSC. Dies kann bewerkstelligt werden, indem eine gespeicherte Temperaturcharakteristik der Frequenz des Oszillatorsignals verwendet wird, welche z. B. in einem Temperaturcharakteristikspeicher 180 der elektronischen Vorrichtung 100 gespeichert sein kann. Die Temperaturcharakteristik verknüpft einen Wert des Temperatursignals mit einem entsprechenden Wert der Frequenz des Oszillatorsignals OSC. Hierbei versteht es sich, dass die Frequenz auch als ein Frequenzfehler, d. h. die Abweichung der Frequenz von einer Nominalfrequenz, ausgedrückt werden kann. In 1 ist der Wert der Frequenz, welcher einem Wert T des Temperatursignals entspricht, mit f_S(T) bezeichnet. Die Temperaturcharakteristik kann in Form von Parametern einer Näherungsfunktion für die Temperaturcharakteristik gespeichert sein. Zum Beispiel kann die Näherungsfunktion ein Polynom wenigstens dritter Ordnung sein, und die gespeicherten Parameter können Koeffizienten des Polynoms sein. Bei anderen Implementierungen können andere Näherungsfunktionen verwendet werden, z. B. ein Polynom vierter oder höherer Ordnung, eine Lagrange-Näherung oder eine Spline-Näherung. Darüber hinaus könnte die Temperaturcharakteristik auch in Form einer Nachschlagetabelle gespeichert sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 eine Differenz zwischen dem ersten Wert T₁ des Temperatursignals und dem zweiten Wert T₂ des Temperatursignals und/oder eine Differenz zwischen einem ersten Frequenzwert f(T₁), welcher dem ersten Wert T₁ des Temperatursignals entspricht, und einem zweiten Frequenzwert f(T₂), welcher dem zweiten Wert T₂ des Temperatursignals entspricht, zur Berechnung der abgeschätzten Frequenzdrift verwenden. Gemäß einer Implementierung kann die abgeschätzte Frequenzdrift gemäß (Δf/Δt)_E = (f(T₂) – f(T₁))/(T₂ – T₁) (1) berechnet werden.
Hierbei versteht es sich, dass die in der Berechnung verwendeten Frequenzwerte aus der gespeicherten Temperaturcharakteristik erhalten werden können, d. h. die Werte f_S(T) sein können. In einigen Situationen können jedoch auch ausgewertete Frequenzwerte verfügbar sein und bei der Berechnung der abgeschätzten Frequenzdrift verwendet werden. Dies wird weiter unten näher erläutert.
Die Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160 ist dazu ausgestaltet, einen Frequenzfehler Δf des Oszillatorsignals OSC abzuschätzen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem der erste Temperatursignalwert T₁ und/oder der zweite Temperatursignalwert T₂ und die gespeicherte Temperaturcharakteristik verwendet werden. Insbesondere kann die Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160 den Temperatursignalwert verwenden, um den entsprechenden Frequenzwert f_S(T) gemäß der gespeicherten Temperaturcharakteristik zu erhalten, welcher wiederum verwendet werden kann, um die Abweichung von einer Nominalfrequenz zu berechnen. In einigen Situationen kann der Frequenzfehler Δf auch ausgehend von einem ausgewerteten Frequenzwert bestimmt werden, ohne die gespeicherte Temperaturcharakteristik zu verwenden.
Die elektronische Vorrichtung 100 umfasst darüber hinaus eine Kompensationslogik 170, welche wenigstens die abgeschätzte Frequenzdrift (Δf/Δt)_E von der Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 empfängt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationslogik 170 darüber hinaus den abgeschätzten Frequenzfehler Δf von der Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160 empfangen. Die Kompensationslogik 170 ist dazu ausgestaltet, ein Frequenzkompensationssignal auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift (Δf/Δt)_E und optional auch auf Grundlage des abgeschätzten Frequenzfehlers Δf zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Frequenzkompensationssignal derart erzeugt werden, dass es einer Frequenzdrift entspricht, welche eine inverse Charakteristik der abgeschätzten Frequenzdrift aufweist. Zu diesem Zweck kann ein Wert des Frequenzkompensationssignals mit einer Rate erhöht oder erniedrigt werden, welche proportional zu der abgeschätzten Frequenzdrift ist. Das Frequenzkompensationssignal wird an die Oszillatorschaltung 110 angelegt, um Temperaturbedingte Variationen der Frequenz des Oszillatorsignals OSC zu kompensieren. Verwendung der abgeschätzten Frequenzdrift (Δf/Δt)_E als Grundlage zur Erzeugung des Frequenzkompensationssignals ermöglicht, die Frequenz auf eine sehr effiziente Weise zu stabilisieren.
Wie darüber hinaus dargestellt, umfasst die elektronische Vorrichtung 100 ein Verarbeitungsmodul 200, welches dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Oszillatorsignals OSC zu arbeiten. Das Verarbeitungsmodul 200 kann ein Positionierungsmodul sein, z. B. ein GPS-Modul, oder kann ein Mobilkommunikationsmodul sein, z. B. gemäß dem UMTS-Standard. In dem Verarbeitungsmodul 200 kann das Oszillatorsignal OSC verwendet werden, um empfangene Hochfrequenzsignale zu verarbeiten, z. B. von Satelliten empfangene Positionierungssignale oder von einer Basisstation empfangene drahtlose Kommunikationssignale. Bei einem Mobilkommunikationsszenario kann das Oszillatorsignal OSC auch in dem Prozess einer Übertragung von Signalen an die Basisstation verwendet werden.
Neben anderen Funktionen, welche sich auf den spezifischen Zweck des Verarbeitungsmoduls 200 beziehen, kann das Verarbeitungsmodul 200 auch dazu ausgestaltet sein, Parameter des Oszillatorsignals OSC auszuwerten, d. h. durch Auswertungen zu bestimmen. Insbesondere kann das Verarbeitungsmodul 200 die Frequenz des Oszillatorsignals OSC auswerten. Wenn das Verarbeitungsmodul 200 ein Positionierungsmodul ist, kann die Frequenz f auf Grundlage einer Standortbestimmung („Position Fix”) ausgewertet werden. Wenn das Verarbeitungsmodul 200 ein Mobilkommunikationsmodul ist, kann die Frequenz f anhand einer Synchronisation mit einer Basisstation ausgewertet werden. Andere Parameter des Oszillatorsignals OSC können ebenfalls ausgewertet werden, z. B. eine Frequenzdrift oder eine Unsicherheit der ausgewerteten Frequenzdrift. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Verarbeitungsmodul 200 auch ein Positionierungssubmodul und ein Mobilkommunikationssubmodul umfassen. In einem solchen Szenario könnte das Mobilkommunikationssubmodul ein synchronisiertes Oszillatorsignal mit einer bekannten Frequenz, welche anhand einer Synchronisation mit einer Basisstation erhalten wird, an das Positionierungssubmodul liefern, welches dann das Oszillatorsignal mit dem synchronisierten Oszillatorsignal vergleicht, um die Parameter des Oszillatorsignals auszuwerten, z. B. Frequenz, Frequenzfehler, Frequenzdrift oder Unsicherheit der ausgewerteten Frequenzdrift.
Die ausgewerteten Parameter des Oszillatorsignals OSC können für verschiedene Zwecke verwendet werden. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die elektronische Vorrichtung 100 eine Aktualisierungslogik 190, welcher die ausgewertete Frequenz f und/oder andere Parameter des Oszillatorsignals OSC zugeführt werden. Die Aktualisierungslogik 190 empfängt ferner den gemessenen Wert des Temperatursignals TS. Auf Grundlage dieser Werte kann die Aktualisierungslogik 190 die in dem Temperaturcharakteristikspeicher 180 gespeicherte Temperaturcharakteristik anpassen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der gespeicherten Temperaturcharakteristik verbessert werden. Darüber hinaus kann auch ein Altern des Oszillatorkristalls 12 berücksichtigt werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines Verfahrens zur Temperaturkompensation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren kann in einer elektronischen Vorrichtung wie in 1 veranschaulicht implementiert sein.
Bei Schritt 210, wird ein Oszillatorsignal erzeugt, z. B. durch die in 1 veranschaulichte Oszillatorschaltung 110. Zu diesem Zweck ist die Oszillatorschaltung mit einem Oszillatorkristall gekoppelt, z. B. mit dem in 1 veranschaulichten Oszillatorkristall 12 des Oszillatorelements 10.
Bei Schritt 220 wird ein Temperatursignal, welches die Temperatur des Oszillatorkristalls darstellt, erhalten. Wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, kann das Temperatursignal eine analoge Spannung sein, welche an einem Temperatursensor erzeugt wird, z. B. an einem NTC-Widerstand oder dergleichen. Der Temperatursensor kann zusammen mit dem Oszillatorkristall in einem Oszillatorelement angeordnet sein, z. B. in einem einzigen Elektronikbauteilgehäuse. Zum Erzeugen des Temperatursignals kann dem Temperatursensor ein Testsignal zugeführt werden, z. B. ein Teststrom.
Bei Schritt 230 wird ein erster Wert des Temperatursignals an einem ersten Zeitpunkt gemessen, und ein zweiter Wert des Temperatursignals wird an einem zweiten Zeitpunkt gemessen. Diese Messungen können durch die in 1 dargestellte Messungssteuervorrichtung 140 gesteuert werden und können beinhalten, dass das analoge Temperatursignal in digitale Werte umgewandelt wird, z. B. durch den in 1 dargestellten Analog-Digital-Wandler 120, und ein Testsignal dem Temperatursignal zugeführt wird, z. B. von der in 1 dargestellten Testsignalquelle 125. Um die Messungen zu bewerkstelligen, kann die Messungssteuervorrichtung 140 auf geeignete Weise Parameter des Analog-Digital-Wandlers 120 und/oder der Testsignalquelle 125 einstellen. Zum Beispiel kann die Testsignalquelle 125 angesteuert werden, um das Testsignal nur während Sampling-Intervallen des Analog-Digital-Wandlers 120 bereitzustellen, wodurch eine unnötige Wärmeerzeugung an dem Temperatursensor vermieden und die Leistungsaufnahme reduziert wird.
Bei Schritt 240 wird eine Frequenzdrift des Oszillatorsignals auf Grundlage des gemessenen ersten und zweiten Werts des Temperatursignals abgeschätzt. Dies kann durch die in 1 dargestellte Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150 bewerkstelligt werden. Wie oben erläutert kann die Frequenzdrift auf Grundlage einer gespeicherten Temperaturcharakteristik der Frequenz des Oszillatorsignals abgeschätzt werden. Die Temperaturcharakteristik kann in einem entsprechenden Speicher gespeichert sein, z. B. in dem in 1 dargestellten Temperaturcharakteristikspeicher 180. Die Temperaturcharakteristik kann in Form von Koeffizienten einer Näherungsfunktion für die Temperaturcharakteristik gespeichert sein. Die Näherungsfunktion kann ein Polynom wenigstens dritter Ordnung oder jegliche andere Art von Näherungsfunktion sein. Unter Verwendung der gespeicherten Temperaturcharakteristik können Frequenzwerte, welche dem gemessenen ersten und zweiten Wert des Temperatursignals entsprechen, erhalten werden und zur Berechnung der abgeschätzten Frequenzdrift verwendet werden. Insbesondere kann das Abschätzen der Frequenzdrift beinhalten, dass eine Differenz zwischen dem ersten Wert des Temperatursignals und dem zweiten Wert des Temperatursignals berechnet wird und/oder dass eine Differenz zwischen einem ersten Frequenzwert, welcher dem ersten Wert des Temperatursignals entspricht, und einem zweiten Frequenzwert, welcher dem zweiten Wert des Temperatursignals entspricht, berechnet wird. Gemäß einer Implementierung kann die abgeschätzte Frequenzdrift auf die oben beschriebene Weise unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet werden. Zusätzlich oder als Alternative zur Verwendung einer gespeicherten Temperaturcharakteristik, um die den gemessenen Werten des Temperatursignals entsprechenden Frequenzwerte zu erhalten, können Frequenzwerte verwendet werden, welche anhand des Oszillatorsignals ausgewertet wurden. Zum Beispiel können die Frequenzwerte anhand einer Standortbestimmung, welche durch ein auf Grundlage des Oszillatorsignals arbeitendes Positionierungsmodul erhalten wurde, und/oder anhand einer Synchronisation mit einer Basisstation, wie sie durch ein auf Grundlage des Oszillatorsignals arbeitendes Mobilkommunikationsmodul bewerkstelligt wurde, ausgewertet werden.
Zusätzlich zum Abschätzen der Frequenzdrift kann auch ein Frequenzfehler auf Grundlage des ersten und/oder des zweiten gemessenen Wertes des Temperatursignals abgeschätzt werden. Zur Abschätzung des Frequenzfehlers des Oszillatorsignals kann der gemessene Wert des Temperatursignals im Zusammenhang mit der gespeicherten Temperaturcharakteristik verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Frequenzfehler auch anhand von Frequenzwerten abgeschätzt werden, welche auf die oben beschriebene Weise aus dem Oszillatorsignal ausgewertet wurden, z. B. anhand einer Standortbestimmung oder anhand einer Synchronisation mit einer Basisstation.
Bei Schritt 250 wird ein Frequenzkompensationssignal für die Oszillatorschaltung wenigstens auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift erzeugt. Dies kann durch die in 1 dargestellte Kompensationslogik 170 bewerkstelligt werden. Das Kompensationssignal kann ein Steuersignal für eine digitale PLL der Oszillatorschaltung sein. Zum Beispiel kann das Frequenzkompensationssignal einen N-Fractional-Teiler der PLL steuern. Unter Verwendung des Frequenzkompensationssignals kann die Frequenz des Oszillatorsignals derart gesteuert werden, dass der Frequenzdrift entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann die Frequenz des Oszillatorsignals auf eine sehr effektive Weise stabilisiert werden.
3 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Implementierung der Oszillatorschaltung 110.
Wie dargestellt, umfasst die Oszillatorschaltung 110 einen Referenzoszillator 112, welcher mit dem Oszillatorkristall 12 gekoppelt ist. Der Referenzoszillator 112 kann unter Verwendung eines bekannten Typs von Oszillatorschaltungsaufbau implementiert sein. Der Referenzoszillator 112 gibt ein Referenzoszillatorsignal REF aus.
Die Oszillatorschaltung 110 umfasst darüber hinaus eine PLL 114, welche auf Grundlage des Referenzoszillatorsignals REF arbeitet. Bei dem dargestellten Beispiel ist die PLL als eine N-Fractional-PLL implementiert und umfasst einen N-Fractional-Teiler 116. Der N-Fractional-Teiler 116 kann in einem Rückkopplungspfad der PLL angeordnet sein. Aufgrund des N-Fractional-Teilers 116 hat das von der Oszillatorschaltung 110 erzeugte Oszillatorsignal OSC eine Frequenz f, welche der mit einem Teiler N_fractional des N-Fractional-Teilers 116 multiplizierten Frequenz des Referenzoszillatorsignals REF entspricht.
Wie dargestellt, liefert die Kompensationslogik 170 der Oszillatorschaltung 110 das Frequenzkompensationssignal in Form eines PLL-Steuersignals PLLctrl, welches zur Anpassung des Teilers N_fractional des N-Fractional-Teilers 116 in der PLL 114 verwendet wird. Auf diese Weise kann die Frequenz des Oszillatorsignals OSC auf eine präzise und effiziente Weise digital gesteuert werden. Zusätzlich oder als Alternative kann der Oszillatorschaltung 110 das Frequenzkompensationssignal auch in Form eines Referenzoszillatorsteuersignals OSCctrl zugeführt werden, welches bewirkt, dass der Referenzoszillator 112 seinen Betrieb anpasst. Im letzteren Fall kann das Frequenzkompensationssignal verwendet werden, um die Frequenz des Referenzoszillatorsignals REF zu steuern.
Es versteht sich, dass der in 3 dargestellte Steuermechanismus auf Grundlage einer Anpassung des N-Fractional-Teilers und/oder des Referenzoszillators lediglich ein Beispiel für eine Anpassung der Oszillatorschaltung 110 zur Bewerkstelligung einer Temperaturkompensation ist. Zum Beispiel könnte das Frequenzkompensationssignal auch verwendet werden, um andere Komponenten der PLL zu steuern, und/oder die Oszillatorschaltung 110 könnte weitere Komponenten umfassen, welche auf Grundlage des Frequenzkompensationssignals anpassbar sind.
4 veranschaulicht schematisch eine Implementierung der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen elektronischen Vorrichtung 100 auf Grundlage mehrerer Komponenten. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die elektronische Vorrichtung 100 eine Signalverarbeitungsvorrichtung 410 und eine Host-Verarbeitungsvorrichtung 430, welche über eine Host-Schnittstelle 420 miteinander gekoppelt sind. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 kann durch eine entsprechende integrierte Schaltung implementiert sein, und die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 kann ebenfalls durch eine entsprechende integrierte Schaltung implementiert sein.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 und die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 können gemeinsam die im Zusammenhang mit 1 veranschaulichten Funktionen der elektronischen Vorrichtung 100 implementieren. Es versteht sich, dass die Funktionen auf verschiedene Weise zwischen der Signalverarbeitungsvorrichtung 410 und der Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 verteilt sein können. Zum Beispiel kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 die Oszillatorschaltung 110, den Analog-Digital-Wandler 120 und die Testsignalquelle 125 umfassen. Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 auch einen Teil des Verarbeitungsmoduls 200, einen Teil der Kompensationslogik 170 und/oder einen Teil der Messungssteuervorrichtung 140 umfassen. Diese Elemente können durch Hardware der Signalverarbeitungsvorrichtung 410 und/oder Firmware der Signalverarbeitungsvorrichtung 410 implementiert sein.
Die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 kann wiederum die Frequenzdriftabschätzvorrichtung 150, die Frequenzfehlerabschätzvorrichtung 160, den Temperaturcharakteristikspeicher 180, die Aktualisierungslogik 190, wenigstens einen Teil der Messungssteuervorrichtung 140, wenigstens einen Teil der Kompensationslogik 170 und wenigstens einen Teil des Verarbeitungsmoduls 200 umfassen. Diese Elemente können durch Software implementiert sein, die von einem Prozessor der Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 ausgeführt wird.
Bei einem Beispiel implementiert die elektronische Vorrichtung 100 Positionierungsfunktionen, z. B. unter Verwendung des GPS oder eines anderen satellitenbasierten Positionierungssystems. In einem solchen Fall kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 dazu ausgestaltet sein, eine Verarbeitung von empfangenen Positionierungssignalen zu bewerkstelligen, wie zum Beispiel eine Abwärtskonvertierung von empfangenen Positionierungssignalen von Funkfrequenzsignalen zu Basisbandsignalen, Analog-Digital-Wandlung, Code-Korrelation oder dergleichen. Die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 kann wiederum eine Positionierungs-Engine implementieren, welche eine Auswertung der empfangenen Positionierungssignale bewerkstelligt, um eine Standortbestimmung zu erhalten. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel implementiert die elektronische Vorrichtung 100 Mobilkommunikationsfunktionen. In einem solchen Fall kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 dazu ausgestaltet sein, eine Signalverarbeitung von empfangenen und/oder gesendeten Kommunikationssignalen durchzuführen, wie z. B. Demodulation, Abwärtswandlung von Funkfrequenzsignalen zu Basisbandsignalen, Analog-Digital-Wandlung, Decodierung oder dergleichen. Die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 kann dann wiederum Kommunikationsfunktionen höherer Ebenen bewerkstelligen, wie zum Beispiel Datenverarbeitung gemäß spezifischen Kommunikationsprotokollen oder dergleichen.
5 zeigt ein Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung einer Implementierung der elektronischen Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten GPS-Szenario. Wie dargestellt, können Funktionen der elektronischen Vorrichtung einer Anzahl von funktionalen Blöcken zugewiesen sein, welche eine Kern-GPS-Engine 510, GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520, GPS-Engine-Callback-Funktionen 530, Signalverarbeitungsfirmware 540 und Signalverarbeitungshardware 550 umfassen. Unter Annahme der in 4 veranschaulichten Vorrichtungsstruktur können die Kern-GPS-Engine 510, die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 und die GPS-Engine-Callback-Funktionen 530 durch die Host-Verarbeitungsvorrichtung 430 implementiert sein, wohingegen die Signalverarbeitungsfirmware 540 und die Signalverarbeitungshardware 550 durch die Signalverarbeitungsvorrichtung 410 implementiert sein können.
Die Kern-GPS-Engine 510 kann Funktionen implementieren wie zum Beispiel eine Frequenzauswertung auf Grundlage einer vorhergesagten Frequenzänderung, Frequenzauswertung auf Grundlage einer Standortbestimmung, Frequenzdriftauswertung auf Grundlage einer vorhergesagten Frequenzänderung, Frequenzdriftauswertung auf Grundlage einer Standortbestimmung oder Auswertung einer Unsicherheit der ausgewerteten Frequenz oder Frequenzdrift. Diese Ergebnisse, d. h. die ausgewertete Frequenz f, die ausgewertete Frequenzdrift Δf/Δt und/oder andere ausgewertete Parameter können auch an die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 weitergegeben werden.
Die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 können Funktionen implementieren wie zum Beispiel Bereitstellen von Temperaturcharakteristikdaten, z. B. durch Näherung der Temperaturcharakteristik als ein Polynom dritter oder höherer Ordnung, Berechnung von Temperaturwerten, welche die Oszillatorkristalltemperatur darstellen, auf Grundlage eines Analog-Digital-Wandler-Ausgangssignals, Abschätzen der Frequenz, des Frequenzfehlers und/oder der Frequenzdrift auf Grundlage der Temperaturwerte und der gespeicherten Temperaturcharakteristik und Erzeugen des Frequenzkompensationssignals wenigstens auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift. Die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 können auch eine Frequenzänderung Δf_E vorhersagen, welche der Kern-GPS-Engine 510 zu geführt werden kann.
Wie dargestellt, kommunizieren die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 über die GPS-Engine-Callback-Funktionen 530 mit der Signalverarbeitungsfirmware 540. Insbesondere kommunizieren die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 das Frequenzkompensationssignal, in Form des PLL-Steuersignals PLLctrl, und ein Analog-Digital-Wandler-Steuersignal ADCctrl an die Signalverarbeitungsfirmware 540, und die Signalverarbeitungsfirmware 540 kommuniziert das Analog-Digital-Wandler-Ausgangssignal ADCout über die GPS-Engine-Callback-Funktionen 530 an die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520.
Neben anderen bekannten Signalverarbeitungsfunktionen implementiert die Signalverarbeitungsfirmware 540 Funktionen wie zum Beispiel Konfiguration des Analog-Digital-Wandlers 120, Auslesen von Werten des Analog-Digital-Wandlers 120 an den gewünschten Zeitpunkten und Erzeugen des Frequenzkompensationssignals, in Form des PLL-Steuersignals PLLctrl, zur Zuführung an die PLL der Oszillatorschaltung 110. Hierbei versteht es sich, dass die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 das PLL-Steuersignal PLLctrl mit einer niedrigeren Aktualisierungsrate erzeugen können als die Signalverarbeitungsfirmware 540. Zum Beispiel können die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 das PLL-Steuersignal PLLctrl mit einer Aktualisierungsrate von einigen Sekunden, z. B. ungefähr eine Sekunde, erzeugen, wohingegen die Signalverarbeitungsfirmware 540 das PLL-Steuersignal PLLctrl mit einer Aktualisierungsrate von einigen Millisekunden, z. B. ungefähr 1 ms, erzeugen kann. Da das PLL-Steuersignal PLLctrl auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift erzeugt wird, ist die Signalverarbeitungsfirmware 540 in der Lage, eine präzise Interpolation zwischen den von den GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520 bereitgestellten Werten vorzunehmen.
Die Signalverarbeitungsfirmware 540 liefert die gemessenen Werte des Temperatursignals, d. h. das Analog-Digital-Wandler-Ausgangssignal ADCout, an die GPS-Engine-Kompensationsfunktionen 520, was über die GPS-Engine-Callbackfunktionen 530 bewerkstelligt wird. Darüber hinaus liefert die Signalverarbeitungsfirmware 540 das PLL-Steuersignal PLLctrl und das Analog-Digital-Wandler-Steuersignal ADCctrl an die Signalverarbeitungshardware 550.
Neben anderen Signalverarbeitungsfunktionen kann die Signalverarbeitungshardware 550 einen Analog-Digital-Wandler umfassen, um eine Analog-Digital-Wandlung des Temperatursignals vorzunehmen, z. B. den Analog-Digital-Wandler 120. Darüber hinaus kann die Signalverarbeitungshardware 550 eine Mittelung von Analog-Digital-Wandler-Werten bewerkstelligen. Auf diese Weise wird das Analog-Digital-Wandler-Ausgangssignal ADCout erzeugt. Außerdem umfasst die Signalverarbeitungshardware 550 die Oszillatorschaltung mit der PLL, welche zur Anpassung auf Grundlage des PLL-Steuersignals PLLctrl ausgestaltet ist, z. B. die Oszillatorschaltung 110.
Die Signalverarbeitungshardware 550 liefert das Analog-Digital-Wandler-Ausgangssignal, d. h. die durch Analog-Digital-Wandlung des Temperatursignals und optional durch Mittelung erhaltenen Werte, an die Signalverarbeitungsfirmware 540.
Es versteht sich, dass die im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Funktionen und ihre Anordnung lediglich beispielhaft sind und dass andere Funktionen implementiert sein könnten und/oder die Funktionen auf eine andere Weise den funktionalen Blöcken zugeordnet sein könnten.
6 zeigt ein Diagramm, welches eine beispielhafte Temperaturcharakteristik eines Oszillatorkristalls darstellt, z. B. des in 1 dargestellten Oszillatorkristalls 12. Spezieller zeigt 6 einen Frequenzfehler Δf als Funktion der Temperatur T. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Temperaturcharakteristik durch ein Polynom dritter Ordnung angenähert.
In der Figur veranschaulicht eine gerade durchgezogene Linie den Gradienten df/dT der Temperaturcharakteristik bei 0°C, wohingegen eine gerade gestrichelte Linie die Frequenzdrift Δf/Δt veranschaulicht, wie sie gemäß den oben beschriebenen Konzepten abgeschätzt wurde. Es ist zu erkennen, dass sowohl der Gradient als auch die abgeschätzte Frequenzdrift verwendet werden können, um den weiteren Verlauf des Frequenzfehlers Δf vorherzusagen, und daher als Grundlage dienen können, um auf effiziente Weise Frequenzvariationen aufgrund von Änderungen der Temperatur zu kompensieren.
7 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse, welche den Frequenzfehler Δf als Funktion der Zeit, bezeichnet durch t, während einer Temperaturrampe von 10°C/min bei Implementierung einer Temperaturkompensation gemäß den oben beschriebenen Konzepten darstellen. Es ist zu erkennen, dass die Frequenz des Oszillatorsignals stabilisiert werden kann, so dass Frequenzvariationen auf deutlich weniger als 1 ppm begrenzt werden.
8 zeigt Simulationsergebnisse, welche die Frequenzdrift Δf/Δt als Funktion der Zeit während einer Temperaturrampe von 10°C/min bei Anwendung der oben beschriebenen Konzepte zur Temperaturkompensation darstellen. Es ist zu erkennen, dass die Frequenzdrift auf eine effiziente Weise gesteuert wird und typischerweise im Bereich von wenigen ppb/s gehalten wird.
Es versteht sich, dass die numerischen Werte der in 7 und 8 dargestellten Simulationsergebnisse lediglich zum Zwecke der weiteren Veranschaulichung der Konzepte gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung dienen und nicht als einschränkend zu verstehen sind.
Es versteht sich weiterhin, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele für Implementierungen von erfindungsgemäßen Konzepten dienen und dass diese Konzepte auf verschiedene Weisen angewendet werden können, welche nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt sind. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Konzepte zur Temperaturkompensation in anderen Systemen als Positionierungssysteme oder Mobilkommunikationssysteme angewendet werden. Darüber hinaus sind die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen geeignet. Zum Beispiel kann das Frequenzkompensationssignal nicht nur auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift oder des abgeschätzten Frequenzfehlers erzeugt werden, sondern kann auch unter Berücksichtigung von weiteren Parametern erzeugt werden, wie zum Beispiel ein Temperaturüberschwingen in Abhängigkeit einer Temperaturänderung oder Aktivitätsabfälle, was temporäre Abweichungen der Frequenzdrift bewirken kann. Auch versteht es sich, dass die Temperaturcharakteristik des Oszillatorkristalls auf jegliche geeignete Weise dargestellt werden kann, z. B. unter Verwendung von verschiedenen Formen von Näherungsfunktionen, welche von den oben genannten Typen von Näherungsfunktionen abweichen können oder sogar verschiedene Typen von Näherungsfunktionen kombinieren können. Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele das Oszillatorelement 10 als eine von der elektronischen Vorrichtung 100 beabstandete separate Komponente darstellen, könnten darüber hinaus andere Ausführungsbeispiele das Oszillatorelement 10 und zumindest einen Teil der Oszillatorschaltung 110 zusammen in einer von der elektronischen Vorrichtung 100 beabstandeten separaten Komponente implementieren, z. B. in einer SiP-Komponente.

Claims

Elektronische Vorrichtung (100), umfassend: eine Oszillatorschnittstelle (22, 23) zur Kopplung mit einem Oszillatorkristall (12) eines Oszillatorelements (10), eine Oszillatorschaltung (110), welche mit der Oszillatorschnittstelle (22, 23) gekoppelt ist und dazu ausgestaltet ist, ein Oszillatorsignal (OSC) zu erzeugen, eine Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) zur Kopplung mit einem Temperatursensor (14) des Oszillatorelements (10), um ein Temperatursignal (TS) zu empfangen, eine Messungssteuervorrichtung (140), welche mit der Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) gekoppelt ist und dazu ausgestaltet ist, einen ersten Wert des Temperatursignals (TS) an einem ersten Zeitpunkt und einen zweiten Wert des Temperatursignals (TS) an einem zweiten Zeitpunkt zu messen, eine Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150), welche dazu ausgestaltet ist, eine Frequenzdrift des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals (TS) und des zweiten Werts des Temperatursignals (TS) abzuschätzen, und eine Kompensationslogik (170), welche dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift ein Frequenzkompensationssignal für die Oszillatorschaltung (110) zu erzeugen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) dazu ausgestaltet ist, die Frequenzdrift auf Grundlage einer gespeicherten Temperaturcharakteristik der Frequenz des Oszillatorsignals (OSC) abzuschätzen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Teil der Temperaturcharakteristik in Form von Parametern einer Näherungsfunktion für die Temperaturcharakteristik gespeichert ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, umfassend: eine Aktualisierungslogik (190), welche dazu ausgestaltet ist, die gespeicherte Temperaturcharakteristik auf Grundlage von gemessenen Werten des Temperatursignals (TS) und entsprechenden ausgewerteten Frequenzwerten des Oszillatorsignals (OSC) anzupassen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) dazu ausgestaltet ist, die Frequenzdrift auf Grundlage von ausgewerteten Frequenzwerten des Oszillatorsignals (OSC) abzuschätzen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) dazu ausgestaltet ist, die Frequenzdrift auf Grundlage einer Differenz zwischen dem ersten Wert des Temperatursignals (TS) und dem zweiten Wert des Temperatursignals (TS) abzuschätzen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) dazu ausgestaltet ist, die Frequenzdrift auf Grundlage einer Differenz zwischen einem ersten Frequenzwert, welcher dem ersten Wert des Temperatursignals (TS) entspricht, und einem zweiten Frequenzwert, welcher dem zweiten Wert des Temperatursignals (TS) entspricht, abzuschätzen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: eine Frequenzfehlerabschätzvorrichtung (160), welche dazu ausgestaltet ist, einen Frequenzfehler des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Wertes des Temperatursignals (TS) und/oder des zweiten Wertes des Temperatursignals (TS) abzuschätzen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kompensationslogik (170) dazu ausgestaltet ist, das Frequenzkompensationssignal auf Grundlage des abgeschätzten Frequenzfehlers zu erzeugen.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oszillatorschaltung (110) eine Phasenregelschleife umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Frequenzkompensationssignals angepasst zu werden.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Phasenregelschleife (114) einen Frequenzteiler (116) umfasst, welcher dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Frequenzkompensationssignals gesteuert zu werden.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oszillatorschaltung (110) einen Referenzoszillator (112) umfasst, welcher dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Frequenzkompensationssignals angepasst zu werden.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Analog-Digital-Wandler (120), welcher mit der Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) gekoppelt ist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Testsignalquelle (125), welche mit der Temperaturmessungsschnittstelle (24, 25) gekoppelt ist.
Elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: ein Positionierungsmodul, welches dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Oszillatorsignals (OSC) zu arbeiten.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Positionierungsmodul dazu ausgestaltet ist, wenigstens einen Parameter des Oszillatorsignals (OSC) anhand einer auf Grundlage des Oszillatorsignals (OSC) erhaltenen Standortbestimmung auszuwerten.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, umfassend: ein Mobilkommunikationsmodul.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Positionierungsmodul dazu ausgestaltet ist, wenigstens einen Parameter des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage eines Vergleichs des Oszillatorsignals (OSC) mit einem von dem Mobilkommunikationsmodul empfangenen synchronisierten Oszillatorsignal auszuwerten.
Elektronische Schaltung, umfassend: ein Oszillatorelement (10), welches einen Oszillatorkristall (12) und einen Temperatursensor (14) umfasst, eine Oszillatorschaltung (110), welche mit dem Oszillatorkristall (12) gekoppelt ist, eine Messungssteuervorrichtung (140), welche mit dem Temperatursensor (14) gekoppelt ist um ein Temperatursignal (TS) zu empfangen, und dazu ausgestaltet ist, einen ersten Wert des Temperatursignals (TS) an einem ersten Zeitpunkt zu messen und einen zweiten Wert des Temperatursignals (TS) an einem zweiten Zeitpunkt zu messen, eine Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150), welche dazu ausgestaltet ist, eine Frequenzdrift des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals (TS) und des zweiten Werts des Temperatursignals (TS) abzuschätzen, und eine Kompensationslogik (170), welche dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift ein Frequenzkompensationssignal für die Oszillatorschaltung (110) zu erzeugen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 19, wobei die Oszillatorschaltung (110), die Messungssteuervorrichtung (140), die Frequenzdriftabschätzvorrichtung (150) und die Kompensationsvorrichtung Teil einer elektronischen Vorrichtung (100) sind, welche von dem Oszillatorelement (10) beabstandet ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 20, wobei die elektronische Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–18 ausgestaltet ist.
Verfahren, umfassend: Erzeugen eines Oszillatorsignals (OSC) mittels einer Oszillatorschaltung (110), welche mit einem Oszillatorkristall (12) gekoppelt ist, Erhalten eines Temperatursignals (TS), welches die Temperatur des Oszillatorkristalls (12) darstellt, Messen eines ersten Werts des Temperatursignals (TS) an einem ersten Zeitpunkt und eines zweiten Werts des Temperatursignals (TS) an einem zweiten Zeitpunkt, Abschätzen einer Frequenzdrift des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals (TS) und des zweiten Werts des Temperatursignals (TS), und Erzeugen eines Frequenzkompensationssignals für die Oszillatorschaltung (110) auf Grundlage der abgeschätzten Frequenzdrift.
Verfahren nach Anspruch 22, umfassend: Abschätzen der Frequenzdrift auf Grundlage einer Differenz zwischen dem ersten Wert des Temperatursignals (TS) und dem zweiten Wert des Temperatursignals (TS).
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, umfassend: Abschätzen der Frequenzdrift auf Grundlage einer Differenz zwischen einem ersten Frequenzwert, welcher dem ersten Wert des Temperatursignals (TS) entspricht, und einem zweiten Frequenzwert, welcher dem zweiten Wert des Temperatursignals (TS) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22–24, umfassend: Abschätzen eines Frequenzfehlers des Oszillatorsignals (OSC) auf Grundlage des ersten Werts des Temperatursignals (TS) und/oder des zweiten Werts des Temperatursignals (TS).
Verfahren nach Anspruch 25, Erzeugen des Frequenzkompensationssignals auf Grundlage des abgeschätzten Frequenzfehlers.