DE69908355T2 - Schaltung zur Temperaturkompensation für aufeinander abgestimmte Quarze - Google Patents

Schaltung zur Temperaturkompensation für aufeinander abgestimmte Quarze Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Temperaturkompensieren durch ein Bestimmen des Schnittwinkels von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Identität (oder Differenz) des Schnittwinkels von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden.
  • Insbesondere ist die Erfindung auf Probleme gerichtet, wie eine effektive Temperaturkompensierung in einem Taktoszillator erreicht werden kann, ohne die Notwendigkeit einen Abschätzungsvorgang durchzuführen, der einen Temperaturzyklus während eines Herstellungsprozesses erfordert. Die Temperaturkompensationstechnik der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für alle Anwendungen nützlich, bei denen zwei Taktoszillatoren verwendet werden, die jeweils einen Kristall aufweisen, z. B. in Multistandardanwendungen (ein Beispiel ist ein GSM-AMPS Dual-Modebetrieb). Da die Temperaturkompensierung, die zwei "angepasste Kristalle" verwendet, zwei Kristalle erfordert, ist sie am besten für Anwendungen geeignet, die zwei Referenzfrequenzen zum Betrieb aufweisen müssen. Zum Beispiel erfordern zwei Referenzfrequenzen bei einem Dual-Mode-Teilnehmerstationsbetrieb in den GSM und GPS Systemen zwei unterschiedliche Frequenzen von 13 MHz und einer ausgewählten Referenzfrequenz (Firma SiRF z. B. hat 24,5525 MHz ausgewählt). Die Erfindung ist jedoch nicht auf Verwenden in Referenzoszillatoren beschränkt, und sie kann für jeden besonderen Anwendungszweck verwendet werden.
  • Im Allgemeinen ist in solchen Kristalloszillatoren die 5chwingfrequenztemperaturcharakteristik hauptsächlich durch die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik des entsprechenden Kristalls bestimmt, und die Erfindung ist insbesondere darauf ausgerichtet, diese Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik von Kristalloszillatoren zu kompensieren. Jedes andere Schaltkreiselement in den zwei Kristalloszillatoren kann jedoch gemäß der Erfindung angepasst werden, um Temperatureffekte von solch anderen Schaltkreiskomponenten auszulöschen. Daher ist das erfinderische Konzept im Allgemeinen auf ein Anpassen von anderen Schaltkreiskomponenten anwendbar, die die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik der Oszillatoren bestimmen, obwohl die Erfindung hiernach in Bezug auf die Kristallanpassung von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden, erklärt wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Kristalle (Kristalloszillatoren) sind Grundlage für Funkkommunikationseinrichtungen und viele andere elektronische Schaltkreise, die eine sehr stabile Resonanzfrequenz erfordern. Der sehr hohe Gütefaktor (Q = 10000...5000000) und ein kleiner Temperaturkoeffizient machen sie als die Frequenzbestimmungselemente in Frequenzoszillatorschaltkreisen am attraktivsten. Ein besonders nützlicher Kristall ist ein AT-geschnittener Kristall, der einen grundlegenden Frequenzbereich von 0,5 MHz bis 30 MHz umschließt. Die meisten der Betrachtungen unten werden für die AT-geschnittenen Kristalle gemacht, jedoch sollte bemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf diesen speziellen Typ von Kristall beschränkt ist. Andere Kristalltypen können ebenso verwendet werden.
  • Wenn Kristalloszillatoren in Funkkommunikationsausrüstung verwendet wird, ist die Langzeitstabilität in Folge von temperaturabhängiger Frequenzdrift wichtig. Zuerst ist gewünscht, dass der Oszillator eine vorbestimmte Frequenzstabilität über eine lange Zeitdauer unabhängig von Temperaturänderungen hält. Zweitens ist gewünscht, dass eine wohldefinierte Steuerung ausgeführt wird, wenn eine Frequenzdrift in Folge von Umgebungstemperaturvariationen auftritt, um die Frequenz zurück auf eine gewünschte Frequenz abzustimmen. Um so zu verfahren, ist es notwendig, ein exaktes Wissen über die Temperaturcharakteristik eines AT-geschnittenen Kristalls zu haben. Natürlich ist die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik des Kristalloszillators nicht nur bestimmt durch die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik des Kristalls selber, sondern ebenso von einer zusätzlichen aktiven Verschaltung, die in dem Oszillator zusätzlich zu dem Kristall verwendet werden kann. Hiernach wird jedoch angenommen, dass die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik des Kristalloszillators hauptsächlich von der Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik des Kristalls selbst abhängig ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Wie schon oben angezeigt, sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen verfügbar, um eine wohldefinierte Temperaturcharakteristik eines Kristalls zu erhalten. Die Temperaturcharakteristik muss ebenso bekannt sein, um die Temperaturkompensation im Fall durchzuführen, in dem sich die Temperatur während eines Betriebs ändert. 1 zeigt einen Überblick über die Beziehung zwischen dem verfügbaren Temperaturbereich, Anfangsfrequenzabweichung, Frequenzdrift über Temperatur und Kosten für einen Standard-l3-MHz-Kristall. Wie in 1 gezeigt, kann eine kleine anfängliche Frequenzabweichung und eine kleine Frequenzdrift über eine Temperatur nur bei sehr hohen Kosten erhalten werden. Bei moderaten Kosten (siehe die erste Zeile für 100% Kosten) ist eine schon große Anfangsfrequenzabweichung von ±30 ppm und eine große Drift über einer Temperatur von ±50 ppm erwarten. Während die Auswahl eines Kristalls mit einer niedrigen Frequenzdrift über einer Temperatur eine direkte Lösung sein kann, um Kristalloszillatoren mit niedriger Frequenzdrift über einer Temperatur zu bauen, ist dieser Ansatz sicherlich ein sehr kostenintensiver.
  • Wie schon oben erklärt, ist es an Stelle lediglich eines Auswählens eines Kristalls mit sehr hohen Kosten ein alternativer Ansatz, einen Kristall gemäßigten Preises auszuwählen und den Oszillator mit einem Frequenzsteuereingang bereit zu stellen (z. B. spannungsgesteuert) und diesen Frequenzsteuereingang als ein temperaturabhängiges Steuersignal zum Anwenden einer Steuerspannung zu verwenden, um die Frequenz des Oszillators, abhängig von den Temperaturveränderungen, zurück auf die gewünschte Frequenz abzustimmen. Zum Beispiel kann ein spannungsgesteuerter variabler Kondensator in dem Oszillatorschaltkreis verwendet werden, um die Resonanzfrequenz (Frequenzen) des Kristalls und somit des Oszillators zurück auf die gewünschte Frequenz zu ziehen. Durch Verwenden spannungsgesteuerter Kristalloszillatoren können verschiedene Temperaturkompensationsprinzipien unterschieden werden.
  • Ein erster Ansatz verwendet eine vorverstimmte Steuersignalspannung, bei der Vorverstimmung eine Funktion der Temperatur ist, und bei der die Vorverstimmung gewählt wird, um der Frequenzdrift des Kristalls entgegen zu wirken. Solche temperaturabhängigen Steuersignale können zum Beispiel erzeugt werden durch ein NTC/PTC-Widerstandsnetzwerk.
  • Für einen digitalkompensierten Kristall wird die Temperaturantwort des Kristalls (wenn bekannt) digitalisiert und in einer Verweistabelle gespeichert. Die Steuerspannung, die zum Abstimmen der Resonanzfrequenz des Oszillators verwendet wird, wird gemäß der gegenwärtigen Umgebungstemperatur, die durch einen Temperaturfühler gefühlt wird, justiert und die Werte werden in der Verweistabelle gespeichert. Beide Typen von Kristalloszillatoren sind weit verwendet und bekannt als VCTCXO und DCTCXO, z. B. aus EP 0 608 681 .
  • Zwei weitere Lösungen zum Erreichen einer Temperaturkompensierung von Kristallen (oder Kristalloszillatoren) sind, die Kristalle (oder die Kristalloszillatoren) in einem temperaturgesteuerten Ofen zu platzieren. Da die Temperatur gewöhnlich weit über der maximalen Umgebungstemperatur konstant gehalten wird, arbeitet der Kristall selbst bei einer konstanten Temperatur und somit unabhängig von der Umgebungstemperatur. Das erreicht eine niedrigste temperaturabhängige Frequenzdrift.
  • Ein anderer Ansatz ist es, eine rückgekoppelte Schleife zu verwenden, um Temperatureffekte zu kompensieren. In diesem Fall wird der Kristalloszillator auf einen gemeinsamen Frequenzstandard (Mastertakt) synchronisiert, wie der DCF77, oder auf eine Basisstation synchronisiert, wie in dem GSM-System. Daher können Kristalloszillatoren, die in derartigen Rückkopplungsschleifen (z. B. in einem GSM-Netzwerk) verwendet werden, die Netzwerkreferenz für Temperaturkompensationszwecke verwenden, unter der Annahme, dass die Netzwerkreferenz verfügbar und stabil ist, wann immer die Temperaturkompensierung erforderlich ist.
  • Während gewöhnlich die temperaturabhängige Resonanzfrequenzdrift unerwünscht ist und eine Temperaturkompensierung angewendet wird, um die Resonanzfrequenz zurück abzustimmen, ist eine Verwendung der temperaturabhängigen Frequenzdrift für Temperaturfühlzwecke vorteilhafte, bei der eine starke Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz wünschenswert ist. Jedoch ist zum Durchführen einer genauen Abstimmung der Resonanzfrequenz oder für eine genaue Temperaturmessung offensichtlich ein genaues Wissen über die Frequenzdrift über eine Temperatur notwendig. Daher wird, je genauer die Temperaturcharakteristik des Kristalls bekannt (gemessen) ist, desto besser die Temperaturkompensierung oder das Temperaturfühlen sein. Wie unten erklärt werden wird, ist es jedoch schwierig oder wenigstens kostenintensiv, ein derartig genaues Wissen der Temperaturcharakteristik des Kristalls zu haben, wenn er vom Hersteller gekauft wird.
  • Temperaturcharakteristik eines AT-geschnittenen Kristalls
  • Ein Kristall kann als ein Dickenscherungsschwinger betrachtet werden, in dem alle Oszillatorknoten innerhalb des Resonators liegen. Für einen großen Resonator und kleine Elektroden ist die ganze Oszillatorenergie auf die Mitte der Scheibe fokussiert; d. h. eine niedrige Dämpfungsfixierung des Kristalls an seinem Umfang. Die Resonanzfrequenz wird dann hauptsächlich durch die effektive Elastizität und die Resonanzfrequenz bestimmt und der grundlegenden Mode in einem AT-geschnittenen Kristall kann als f = 1,660/d [KHz] ausgedrückt werden, wobei d die Dicke der Kristallscheibe ist. Im allgemeinen ist die Temperaturcharakteristik eines solchen AT-geschnittenen Kristalls eine Kurve dritter Ordnung mit einem Wendepunkt, der typischer Weise zwischen 25°C und 30°C liegt, abhängig von dem aktuellen Schnittwinkel und der mechanischen Konstruktion der Kristallscheibe. Die Temperaturcharakteristik dritter Ordnung df/f, allgemein ausgedrückt als df/f = A1(T-Tref) + A2(T-Tref)^2 + A3(T-Tref)^3 (1) kann reduziert werden, wenn man auf die Wendepunkttemperatur Tinv anstelle der Anfangstemperatur Tref verweist, was zu df/f = a1(T-Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (2) führt, wobei:
    df/f [ppm] = (f(T) – f (Txx) )/f, Txx = Tref, Txx = Tinv,
    Frequenzabweichung
    a3 = 1,05E – 5
    a1 = –0,84*dphi
    dphi [min] = phi_zz – phi_0
    phi_zz [min] = Schnittwinkel
    phi_0 [min] = Null-Winkel
    T [°C] = Temperatur
    Tinv [°C] = Wendepunkt-Temperatur
    Tref [°C] = Referenztemperatur
  • Wie aus Gleichung (2) gesehen werden kann, hängt die Steilheit des Wendepunktes von dem Schnittwinkel (phi_zz) des Kristalls ab. dphi ist der Unterschied zwischen dem Schnittwinkel und einem sogenannten Null-Winkel phi_0, bei dem die Temperaturcharakteristik eine horizontale Tangente an dem Wendepunkt aufweist. Durch die Wahl des geeigneten Schnittwinkels erscheinen in der Temperaturcharakteristik zwei Umkehrpunkte, ein Maximum unter Tinv und ein Minimum über Tinv. Der Temperaturgradient ist null bei jedem dieser Umkehrpunkte. Weiterhin beeinflussen der Kristalldurchmesser und die Kristalloberflächenkrümmung die Temperaturcharakteristik und die Wendepunkt-Temperatur. 2 und 3 sind eine Verweistabelle bzw. ein Graph, die Werte von df/f gemäß Gleichung (2) zeigen, für verschiedene Werte des Winkels dhpi (und daher ebenso implizit für den Schnittwinkel).
  • Wenn zum Beispiel der Schnittwinkel dphi (gegenwärtig ist dphi der Differenzwert, jedoch wird hiernach der Einfachheit halber dphi ebenso der Schnittwinkel genannt und es wird angenommen, dass der Null-Winkel phi_0 bekannt ist) als –4 bekannt ist und die Temperatur 5°C ist, tritt eine Frequenzabweichung von –7,5600 ppm auf und – durch Anlegen eines Steuersignals an einen spannungsgesteuerten Oszillator – könnte diese Frequenzabweichung geeignet kompensiert werden, um den Oszillator zurück auf die gewünschte Mittenfrequenz zurück abzustimmen. Wenn zum Beispiel ein Oszillator verwendet wird, der eine Abstimmungsempfindlichkeit von 1 ppm/Volt aufweist, müsste eine Steuerspannung von –7,5600 Volt angelegt werden.
  • Wenn ein Kristall vom Hersteller gekauft wird, können viele Parameter des Kristalls, wie solche des Durchmessers und die Dicke, vorbestimmt sein. Das einzige, was jedoch nicht exakt bekannt ist, jedoch für eine genaue Temperaturkompensation benötigt wird, ist der Schnittwinkel, da er nicht an dem Kristall selbst gemessen werden kann. Daher ist die gegenwärtige Temperaturcharakteristik des Kristalls nicht bekannt. Genauer gesagt, wenn der Schnittwinkel unmittelbar bekannt war, wäre die Temperaturcharakteristik ebenso bekannt, und die Temperaturkompensation könnte ausgeführt werden. Da er nicht bekannt ist, müssen andere Techniken verwendet werden, um die gegenwärtige Temperaturfrequenzcharakteristik des Kristalls zu bestimmen, wie unten erklärt wird.
  • Bestimmen der Frequenzdrift eines AT-geschnittenen Kristalls
  • Für das Bestimmen der Frequenzdrift eines AT-geschnittenen Kristalls über einen Temperaturbereich ist es gewöhnlich hinreichend, die Frequenzabweichung bei drei unterschiedlichen Temperaturen zu messen. Für höhere Genauigkeit werden fünf oder noch mehr verschiedene Temperaturpunkte benötigt. Die allumfassende Temperaturantwort kann durch eine Interpolationstechnik abgeleitet werden. Weitere Abstimmungsschritte können verwendet werden, um die allumfassende Temperaturcharakteristik des Kristalls und des Vorverzerrungsnetzwerkes zu optimieren, z. B. in NTC/PTC netzwerkkompensierten Oszillatoren oder digitalkompensierten Oszillatoren. Der Abstimmungsvorgang wird benötigt, weil die gewünschte Temperaturcharakteristik der Kristalle nicht über große Anzahlen von Vorrichtungen erhalten werden kann und weiterhin ein NTC/PTC-Netzwerk durch Toleranzen beeinflusst wird.
  • Frequenzmessungen, die bei verschiedenen Temperaturen ausgeführt werden, sind jedoch zeitaufwendig und erfordern geeignete Ausrüstung, die temperaturkompensierte Kristalloszillatoren beträchtlich teuerer als gewöhnliche Oszillatoren machen. Weiterhin muss die Temperaturcharakteristik des Kristalls durch einen Abstimmungs- oder Trimmvorgang auf das Vorverzerrungsnetzwerk angepasst werden, um eine verbesserte allumfassende Temperaturcharakteristik zu erhalten. Dies kann sehr langwierig sein und verschiedene Schritte in dem Herstellungsprozess erfordern und dem Produkt unerwünschte Kosten hinzufügen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Wie oben erklärt, ist die Bestimmung der Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik df/f eines Kristalls wesentlich, um eine genaue Temperaturkompensierung oder einen genauen Temperaturfühlvorgang durchzuführen. Die genaue Bestimmung dieser Temperaturcharakteristik und ein zugehöriges Abstimmnetzwerk können jedoch die Kosten erhöhen oder eben ungenau sein, da es nicht möglich ist, die Frequenztemperaturcharakteristik mit hoher Genauigkeit zu messen. Andererseits könnte die Verweistabelle in 2 oder ein Graph in 3 oder in der Tat die numerisch gespeicherte Gleichung (2) für eine genaue Bestimmung der Temperaturcharakteristik, und somit für eine hochgenaue Temperaturkompensierung und Temperaturfühlung verwendet werden, wenn der Schnittwinkel bekannt war. Der Schnittwinkel des gewählten Kristalls kann jedoch als solcher nicht gemessen werden.
  • Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des Schnittwinkels von Kristallen bereit zu stellen, um eine hochgenaue Temperaturkompensierung in Oszillatoren zu erlauben.
  • Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, die es erlauben, die Differenz oder Identität des Schnittwinkels von Kristallen zu bestimmen, die aus verschiedenen Stapeln ausgewählt werden.
  • Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung (Anspruch 1) zur Temperaturkompensation, über ein Bestimmen des Schnittwinkels von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden, welche einen ersten Kristalloszillator umfasst, der einen ersten Kristall beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist und der eine erste Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik aufweist, die auf einen Ausgang der ersten Schwingfrequenz mit einer ersten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik angepasst ist, die durch die erste Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik bestimmt ist, und eine erste Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der ersten Schwingfrequenz in Antwort auf ein erstes Steuersignal beinhaltet, wobei die erste Abstimmeinrichtung die erste Schwingfrequenz auf eine vorbestimmte erste Mittenfrequenz abstimmt, wenn das erste Steuersignal einen ersten voreingestellten Wert aufweist, wobei wenigstens ein zweiter Kristalloszillator einen zweiten Kristall beinhaltet, der unter dem gleichen Winkel geschnitten ist, wie der erste Kristall und der somit die gleiche Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik wie der erste Kristall aufweist, der angepasst ist, um eine zweite Schwingfrequenz mit einer zweiten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik auszugeben und die eine zweite Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der zweiten Schwingfrequenz in Antwort auf ein zweites und drittes Steuersignal beinhaltet, wobei die zweite Abstimmeinrichtung die zweite Schwingfrequenz auf eine vorbestimmte zweite Mittenfrequenz abstimmt, wenn das zweite Steuersignal einen zweiten voreingestellten Wert aufweist, und die zweite 5chwingfrequenztemperaturcharakteristik identisch zu der ersten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik ist, wenn das dritte Steuersignal ausgeschaltet ist, und dazu verstimmt ist, wenn es eingeschaltet ist, eine zweite Kristalloszillatoreinstelleinrichtung zum Einschalten und Einstellen des dritten Steuersignals auf einen Steuerwert abhängig von einer Temperatur, einer Verarbeitungseinrichtung, die eine erste/zweite Steuersignaleinstelleinrichtung beinhaltet zum Einstellen des ersten Steuersignals und des zweiten Steuersignals auf ihre voreingestellten Werte, wenigstens eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters, der das Frequenzverhältnis der zweiten Schwingfrequenz zu der ersten Schwingfrequenz repräsentiert, wenn das erste und das zweite Steuersignal auf ihre voreingestellten Werte eingestellt sind und das dritte Signal ausgeschaltet ist und auf den Steuerwert zugehörig zu dem Temperaturwert eingestellt ist, eine Speichereinrichtung zum Speichern eines bekannten Verhältnisses des Frequenzverhältnisparameters abhängig von der Temperatur und des Schnittwinkels und eine Zugriffseinrichtung zum Zugreifen auf eine Speichereinrichtung mit der Temperatur und dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter und zum Auslesen des dazugehörigen Schnittwinkels.
  • Weiterhin wird die erste Aufgabe gelöst durch ein Verfahren (Anspruch 15) zum Temperaturkompensieren über eine Bestimmung des Schnittwinkels von Kristallen, die in einem ersten und wenigstens einem zweiten Kristalloszillator verwendet werden, die eine erste Abstimmeinrichtung und eine zweite Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der ersten und zweiten Schwingfrequenzen gemäß eines ersten und eines zweiten und eines dritten Steuersignals aufweisen, wobei die erste Schwingfrequenztemperaturcharakteristik und die zweite Schwingfrequenztemperaturcharakteristik identisch sind, wenn das dritte Steuersignal ausgeschaltet ist und die unterschiedlich sind, wenn das erste Steuersignal eingeschaltet wird, umfassend die folgenden Schritte:
    Speichern eines bekannten Verhältnisses eines Frequenzverhältnisparameters in einer Speichereinrichtung abhängig von der Temperatur und des Schnittwinkels,
    Abschalten des dritten Steuersignals und Abstimmen der ersten und der zweiten Schwingfrequenzen auf ihre Mittenfrequenzen durch Einstellen des ersten und zweiten Steuersignals auf voreingestellte Werte, Einschalten des dritten Steuersignals zu und Einstellen des dritten Steuersignals auf einen Steuerwert, abhängig von einer Temperatur, Messen der ersten Schwingfrequenz und der zweiten Schwingfrequenz und Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters, der das Verhältnis der zweiten zu der ersten Schwingfrequenz repräsentiert,
    Zugreifen auf die Speichereinrichtung mit dem ersten bestimmten Frequenzverhältnisparameter und der Temperatur und Auslesen des dazugehörigen Schnittwinkels.
  • Die zweite Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung (Anspruch 11) zum Bestimmen der Identität des Schnittwinkels von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden, umfassend: einen ersten Kristalloszillator der einen ersten Kristall beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist und der eine erste Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik aufweist, die angepasst ist eine erste Schwingfrequenz mit einer ersten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik, bestimmt durch die erste Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik auszugeben, und eine erste Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der ersten Schwingfrequenz in Antwort auf ein erstes Steuersignal beinhaltet, wobei die erste Abstimmeinrichtung die erste Schwingfrequenz auf eine erste vorbestimmte erste Mittenfrequenz abstimmt, wenn das erste Steuersignal einen ersten voreingestellten Wert aufweist; einen zweiten Kristalloszillator, der einen zweiten Kristall beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist und der eine Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik aufweist; angepasst zum Ausgeben einer zweiten Schwingfrequenz mit einer zweiten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik; und eine zweite Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der zweiten Schwingfrequenz in Antwort auf ein zweites Steuersignal beinhaltet, wobei die zweite Abstimmeinrichtung die zweite Schwingfrequenz auf eine vorbestimmte zweite Mittenfrequenz abstimmt, wenn das zweite Steuersignal einen zweiten voreingestellten Wert aufweist; wobei die zweite Schwingfrequenztemperaturcharakteristik, in Folge einer Differenz im Schnittwinkel des ersten und zweiten Kristalls, unterschiedlich zu der ersten Schwingfrequenztemperaturcharakteristik ist; eine Verarbeitungseinrichtung, eine erste/zweite Steuersignaleinstelleinrichtung zum Einstellen des ersten Steuersignals und des zweiten Steuersignals auf ihre voreingestellten Werte beinhaltet; eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters, der das Frequenzverhältnis der zweiten Schwingfrequenz zu der ersten Schwingfrequenz repräsentiert, bei einer Messtemperatur, die unterschiedlich zu der Wendepunkttemperatur des Kristalls ist; eine Speichereinrichtung zum Speichern eines bekannten Verhältnisses des Frequenzverhältnisparameters abhängig von dem Schnittwinkel des ersten Kristalls und dem Schnittwinkel des zweiten Kristalls bei der Messtemperatur; eine Zugriffseinrichtung zum Zugreifen auf die Speichereinrichtung mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter und zum Auslesen des Schnittwinkels des dazugehörigen ersten und zweiten Kristalls; und eine Kalibriereinrichtung zum Bestimmen der Identität der Schnittwinkel auf der Basis der ausgelesenen ersten und zweiten Kristallschnittwinkel.
  • Weiterhin wird die zweite Aufgabe gelöst durch ein Verfahren (Anspruch 19) zum Bestimmen der Identität des Schnittwinkels von Kristallen, die in einem ersten und einem zweiten Kristalloszillator verwendet werden, die eine erste Abstimmeinrichtung und eine zweite Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der ersten und zweiten Oszillationsfrequenz gemäß einem ersten und einem zweiten Steuersignal aufweisen, die folgenden Schritte umfassend: Einstellen des ersten Steuersignals und des zweiten Steuersignals auf voreingestellte Werte zum Abstimmen der ersten und zweiten Schwingfrequenz auf ihre Mittenfrequenzen; Speichern einer bekannten Beziehung des Frequenzverhältnisparameters abhängig von dem Schnittwinkel des ersten Kristalls und dem Schnittwinkel des zweiten Kristalls bei der Messtemperatur in einer Speichereinrichtung; Messen der ersten Schwingfrequenz und der zweiten Schwingfrequenz und Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters, der das Verhältnis der zweiten zu der ersten Schwingfrequenz repräsentiert, bei einer Messtemperatur ungleich der Wendepunkttemperatur des Kristalls; Zugreifen auf die Speichereinrichtung mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter und Auslesen des Schnittwinkels des dazugehörigen ersten und zweiten Kristalls; und Bestimmen der Identität des Schnittwinkels auf der Basis des ausgelesenen ersten und zweiten Kristallschnittwinkels.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein "angepasstes Kristallkonzept" verwendet, d. h. Verwendung von zwei Kristallen mit identischen (aber unbekannten) Schnittwinkeln, die die gleiche Temperaturcharakteristik aufweisen, derart, dass die Resonanzfrequenz gegenüber einer Temperaturcharakteristik identisch ist. Es wird ein erster und zweiter Oszillator verwendet, wobei jeder einen Kristall mit dem identischen Schnittwinkel, aber mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen aufweist. Da beide Kristalle identische Schnittwinkel aufweisen, ist die Temperaturcharakteristik des ersten und zweiten Oszillators die gleiche, jedoch kann ohne das Wissen des Schnittwinkels selbst die Temperaturcharakteristik nicht bekannt sein. Ein drittes Steuersignal wird an den zweiten Oszillator angelegt, um ein beabsichtigtes Verstimmen der Temperaturcharakteristik des zweiten Oszillators unter Berücksichtigung der Frequenzcharakteristik des ersten Oszillators zu bewirken. Ein Frequenzverhältnisparameter der Resonanzfrequenz des ersten Oszillators zu der Resonanzfrequenz des zweiten Oszillators in dem verstimmten Zustand wird verwendet, um den Schnittwinkel aus einem Speicher bei einer Temperatur auszulesen, die zu der Einstellung des dritten Steuersignals gehört. Der bestimmte Schnittwinkel kann dann verwendet werden, um die benötigte Temperaturkompensation zu bestimmen.
  • Daher wird die Information über den Schnittwinkel im Wesentlichen durch ein aktives Verstimmen der Temperaturcharakteristik des zweiten Oszillators unter Berücksichtigen des ersten Oszillators abgeleitet und ein Parameter bestimmt, der im Wesentlichen zu der Differenz der zwei Temperaturcharakteristiken gehört.
  • Gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung wird der Frequenzverhältnisparameter bei einer Messtemperatur bestimmt, wenn zwei Oszillatoren verwendet werden, die zwei unterschiedliche Kristalle mit unterschiedlichen Schnittwinkeln aufweisen (d. h. nicht von dem gleichen Stapel) und basierend auf dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter kann die Differenz des Schnittwinkels und/oder der jeweiligen Identität (Symmetrie) der zwei Kristalle bestimmt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass die Erfindung ebenso Ausführungsformen umfasst, die aus Merkmalen bestehen, die separat in der Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben worden sind. Daher ist das, was unten, beschrieben wird, nur eine bevorzugte Art der Erfindung, wie vorliegend durch die Erfinder ersonnen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen können durch den Fachmann auf der Basis der Lehren und der Offenbarung hierbei abgeleitet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine typische relative Preistabelle für Kristalle mit unterschiedlichen Charakteristiken gemäß des Standes der Technik;
  • 2 zeigt eine Tabellenrepräsentation von Gleichung (2) einer allgemeinen Temperaturcharakteristik eines AT-geschnittenen Kristalls;
  • 3. zeigt eine graphische Repräsentation von Gleichung (2), die zu der Tabellenrepräsentation in 2 gehört;
  • 4 zeigt den Slavezählstatus n_s für verschiedene Temperaturen, wenn zwei Kristalle mit identischen Schnittwinkeln und somit identischer Temperaturcharakteristik in einem Schaltkreis von 5 verwendet werden;
  • 5 zeigt eine Vorrichtung zum Erhalten eines Frequenzverhältnisparameters durch Auslesen des Slavezählerwertes n_s von einem Slavezähler sct;
  • 6 zeigt die Gatterzeit T_m über die im Schaltkreis von 5 gemessene Temperatur;
  • 7 zeigt eine Vorrichtung zur Temperaturkompensation über die Bestimmung des Schnittwinkels gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 zeigt eine Ausführungsform der Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM in 7;
  • 9a zeigt ein Flussdiagramm für eine Temperaturkompensation gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 9b zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen des Frequenzverhältnisparameters n_s, wenn ein Schaltkreis wie in 8 verwendet wird;
  • 10 zeigt eine Slaveresonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik, verstimmt unter Berücksichtigung einer Master-resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik;
  • 11 zeigt eine Tabelle zugehörig zu 10 und zeigt unterschiedliche Frequenzverhältnisparameter n_s, die von der Temperatur abhängen.
  • 12 zeigt die Inhalte des Speichers MEM in 7;
  • 13a zeigt ein Blockdiagramm eines Masteroszillators;
  • 13b zeigt einen Slaveoszillator, der eine Slaveabstimmeinrichtung STM beinhaltet mit einer ersten und zweiten Slaveabstimmeinheit, die durch einen ersten und zweiten variablen Kondensator D1s, D2s realisiert ist;
  • 14 zeigt die Konfiguration eines Slaveoszillators, der zwei Steuereingänge zum Abstimmen des Oszillators auf seine Mittenfrequenz aufweist, durch Verwenden eines Hinzufügungsschaltkreises und nur eines variablen Kondensators;
  • 15 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Bestimmen der Identität oder Differenz von zwei Kristallen, die unterschiedliche Schnittwinkel aufweisen;
  • 16a zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen der Identität oder Differenz von Schnittwinkeln gemäß der Ausführungsform in 15;
  • 16b zeigt die Inhalte des Speichers MEM in 15;
  • 17a zeigt eine Tabelle des Frequenzverhältnisparameters n_s und des Master-Zählwertes n_m für zwei unterschiedliche Temperaturen;
  • 17b zeigt die Werte n_s, n_m für 25°C gemäß 17a;
  • 17c zeigt die Werte n_s, n_m bei 45°C gemäß 17a; und
  • 18 zeigt die Änderung des Frequenzverhältnisparameters n_s über eine Temperatur; In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen oder ähnliche Bezugsziffern die gleichen Schritte oder Merkmale.
  • Prinzip der Erfindung
  • Bevor hiernach Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben werden, werden einige allgemeine Annahmen gemacht, um die Kernaspekte der Erfindung leichter zu verstehen. Wie oben erklärt, ist es unmöglich, den zum Bestimmen der Temperaturcharakteristik notwendigen Schnittwinkel durch Messen nur eines einzelnen Kristalls zu bestimmen. Das "angepasste Kristallkonzept" gemäß der Erfindung verwendet wenigstens zwei Kristalle mit identischen Schnittwinkeln, die somit die gleiche Temperaturcharakteristik aufweisen. Es wird angenommen, dass dann die Temperaturcharakteristik der entsprechenden Oszillatoren in Folge des identischen Schnittwinkels die gleichen sind, wenn identische Kristalle in einem entsprechenden Oszillatorschaltkreis verwendet werden, und hauptsächlich durch die Temperaturcharakteristik des Kristalls bestimmt werden. Somit können ebenso natürlich andere Komponenten in den Oszillatoren die Temperaturcharakteristik beeinflussen. Es ist jedoch hauptsächlich die Temperaturcharakteristik der Kristalle, die die Ausgangstemperaturcharakteristik der Resonanzfrequenz der Oszillatoren bestimmt. Hiernach wird jedoch angenommen, dass die temperaturabhängige Charakteristik des Oszillators nur durch die Temperaturcharakteristik des Kristalls bestimmt wird, der selbst grundsätzlich durch den Schnittwinkel bestimmt wird.
  • Obwohl das Prinzip der Erfindung und der Ausführungsformen unter Berücksichtigung des Bestimmens eines Schnittwinkels von Kristallen in einem Oszillator beschrieben wird, kann das Konzept der Erfindung ebenso für das Bestimmen von Temperaturcharakteristik von anderen Komponenten in den Oszillatoren verwendet werden.
  • Das "angepasste Kristallkonzept" gemäß der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass für zwei Kristalle, die vom gleichen Stapel genommen werden (d. h. die gleichen Scheiben des Blocks des Rohmaterials), die Temperaturcharakteristik der Kristalle noch nicht bekannt ist, aber bekannt ist, dass beide Kristalle in einem hohen Grad eine identische Temperaturcharakteristik aufweisen. Andererseits wird die Resonanzfrequenz von beiden Kristallen durch die Dicke d des Kristalls bestimmt und es wird angenommen, dass wenigstens zwei Kristalle eine unterschiedliche Dicke und somit unterschiedliche Kristallresonanzfrequenz aufweisen.
  • Obwohl das Konzept der Erfindung nicht auf das Verwenden von zwei Kristallen (Kristalloszillatoren) beschränkt ist, und ebenso mehr als zwei Kristalle (Kristalloszillatoren) verwendet werden können, werden hiernach für Erklärungszwecke nur zwei Kristalle betrachtet. Nur für Definitionszwecke wird ein Kristall als der "erste oder Master" Kristall bezeichnet und der andere wird als "zweiter oder Slave" Kristall bezeichnet.
  • Die Temperaturkompensierungstechnik basiert auf Durchführen einer Frequenz-, oder genauer gesagt einer Frequenzverhältnismessung, die verwendet werden kann, um die temperaturabhängige Frequenzdrift des Kristalls zu bestimmen. Das grundsätzliche Konzept ist, den Masterkristall- oder die Masterkristalloszillator-Temperaturcharakteristik unter Berücksichtigung des Slavekristalls oder Slavekristalloszillators zu verstimmen und den Schnittwinkel auf der Grundlage der Frequenzverhältnismessungen zu bestimmen. Zum Verstehen der Erfindung ist es zuerst anschaulich, einen Schaltkreis in 5 zu betrachten, bei dem Frequenzverhältnis- oder Frequenzmessungen ausgeführt werden. 4 ist eine Tabelle, die ein Beispiel der relativen Frequenzabweichungen df_m/fc_m und df_s/fc_s und die Abweichung der Mittenfrequenz fc_m und fc_s unter Berücksichtigen des Wertes n_s zeigt, erhalten mit dem Schaltkreis in 5, und weiterhin die Werte Tc_m, Tc_s, die unten erklärt werden.
  • In dem Schaltkreis in 5 beinhaltet ein Master (erster) Kristalloszillator m einen Masterkristall mc, der unter einem Winkel geschnitten ist, und der eine Masterresonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist. Der Masterkristalloszillator m ist angepasst, um eine Masterschwingfrequenz f_m mit einer Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik d_m/fc_m auszugeben, wie durch die Masterresonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik bestimmt. Ebenso umfasst der Slavekristalloszillator s einen Slavekristall sc, der unter dem gleichen Winkel geschnitten ist wie der Masterkristall mc und der somit die gleiche Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist, wie der Masterkristall. Die Slavekristalloszillatoren geben eine Slaveschwingfrequenz f_s mit einer Slaveschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik df_s/fc_s aus. Da der Master- und der Slavekristall unter dem gleichen Winkel geschnitten sind, besitzen sie die gleiche Temperaturcharakteristik, wie mit der zuvor diskutierten Gleichung (2) identifiziert, die hier der Vollständigkeit halber wiederholt wird: df/f = a1(T – Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (2)
  • In 5 ist die Dicke des Masterkristalls und des Slavekristalls unterschiedlich und die folgenden Werte werden als ein Beispiel zum Erhalten der Werte in 4 verwendet:
  • Figure 00210001
  • Im Wesentlichen ist der Betrieb in 5 wie folgt. Der Masterzähler mct teilt die Frequenz f_m durch den Masterzählwert n_m. Somit wird der Ausgang des Masterzählers mct nach Zählen von n_m Impulsen des Masterkristalloszillators m gesetzt, beziehungsweise zurückgesetzt. Daher ist die Masterzählerausgabedauer Tm größer als die Masterkristalloszillatordauer Tc_m. Die Maximumvergleichseinrichtung MAX-CPM gibt die Slavekristalloszillatorausgangsimpulse zu dem Slavezähler sct nur innerhalb der Gatterdauer Tm weiter. Am Ende der Gatterdauer Tm wird der Zählerwert n_s von dem Slavezähler sct ausgelesen und der Slavezähler sct wird zurückgesetzt. Eine Anzahl von Werten n_s wird für verschiedene, an den Master- und Slaveoszillator m, s angelegten, Temperaturen bestimmt. 4 zeigt eine Tabelle von Werten, die für die zuvor erwähnten Parameter in Gleichungen (3.1)–(3.9) erhalten werden. Die Werte in 4, die mit dem Betrieb des Schaltkreises in 5 erhalten werden, können wie folgt berechnet werden:
  • Figure 00220001
  • Es sollte bemerkt werden, dass in 4, 5 Gleichung (2) für die Master- und die Slavekristall-Temperaturcharakteristik gültig ist, da beide den gleichen Schnittwinkel aufweisen und keine weitere Verstimmung durchgeführt wird. Da jedoch die Temperaturcharakteristik des Masterkristalls und des Slavekristalls identisch ist, ändert sich das Verhältnis n_s zwischen der Master- und der Slavetaktfrequenz nicht, auch wenn beide Kristalle relativ durch den gleichen Betrag in einer Frequenz verschoben sind (infolge der unterschiedlichen angelegten Temperaturen), da df_m/fc_m = df_s/fc_s. Daher wird die Slavekristallfrequenz immer in derartiger Weise gezogen, dass das Verhältnis der Masterfrequenz und der Slavefrequenz (d. h. n_s) über eine Temperatur gleich bleiben, wenn die Kristalle hinreichend angepasst sind (in dem Schnittwinkel), d. h. n_s ist konstant über eine Temperatur. Weiterhin besteht eine lineare Beziehung zwischen der Zeit und Genauigkeit, d. h. je länger die Gatterzeit Tm, desto genauer ist das Verhältnis zwischen den beiden Frequenz.
  • Wie in 6 gezeigt, ändert sich natürlich, abhängig von der Temperatur, die Temperaturcharakteristik der Gatterzeit T_m, da die Frequenz des Masterkristalloszillators fc_m sich mit einer Temperatur ändert und daher der Masterzähler mct, abhängig von der Temperatur, mehr oder weniger Zeit benötigt, um zu dem maximalen Zählwert n_m hochzuzählen. Im Vergleich von 6 und 3 zählt der Masterzähler mct bis zu dem maximalen Wert schneller hoch, da die Frequenz für niedrige Temperaturen ansteigt, und daher T_m kleiner ist. Ebenso fällt für höhere Temperaturen die Resonanzfrequenz fc_m ab, und es nimmt daher für den Masterzähler mct mehr Zeit in Anspruch, um auf seinen maximalen Wert hochzuzählen, was zu einer längeren Gatterzeit T_m führt.
  • Eine wichtige Schlussfolgerung kann aus 4 gezogen werden. Im Wesentlichen repräsentiert der Slavezählerwert n_s ein Frequenzverhältnis der Slaveschwingfrequenz f_s zu der Masterschwingfrequenz f_m, die durch die Master- und Slavekristalloszillatoren m, s ausgegeben werden. Aus 4 kann jedoch gesehen werden, dass sich alle Parameter in der Tabelle, mit Ausnahme des Parameters n_s – wie erwartet – mit einer Änderung der Temperatur t tatsächlich verändern. Es ist nur der Frequenzverhältnisparameter n_s, der tatsächlich konstant bleibt. Natürlich ist tatsächlich nichts erreicht, weil der Wert n_s über eine Temperatur konstant bleibt und daher nicht direkt auf eine besondere Frequenzabweichung oder Temperatur t bezogen werden kann. Weiterhin sind die relativen Abweichungen df_m/fc m und df_s/fc_s, wie ebenso erwartet, identisch infolge der Kristalle, die den identischen Schnittwinkel aufweisen. Somit wäre das Ergebnis noch ähnlich wie in 4, die relativen Frequenzabweichungen können nämlich unterschiedlich sein, auch wenn ein unterschiedliches Paar von Kristallen gebraucht wird, das unter Berücksichtigung zu dem in 4 verwendeten, einen unterschiedlichen Schnittwinkel aufweist, jedoch würde n_s noch konstant sein, d. h. unabhängig von der Temperatur. Die zugrunde liegende Idee der vorliegenden Erfindung ist das Frequenzverhältnis n_s abhängig von der Temperatur zu machen. Wenn jedoch beide Kristalle den gleichen Schnittwinkel aufweisen (was zu bestimmen ist), dann ist die Idee der vorliegenden Erfindung einen temperaturabhängigen Zählerzustand des Slavezählers zu realisieren, um ein künstliches Verstimmen der Temperaturcharakteristik durchzuführen und in einem Speicher eine Tabelle vor-aufzuzeichnen, die sich auf den Frequenzverhältnisparameter n_s mit der Temperatur t und dem Schnittwinkel dphi bezieht. Diese Tabelle kann durch Einfügen eines Satzes von Kristallen mit einem besonderen Schnittwinkel in den Schaltkreis in 5 und Messen oder Berechnen der Frequenzverhältnisparameter eingerichtet werden, wenn ein Verstimmen, zugehörig zu vorbestimmten Temperaturen, angewendet wird.
  • Somit kann durch künstliches Verstimmen der identischen Temperaturcharakteristiken des Master- und Slavekristalls (Oszillator) durch Zugreifen auf die Tabelle Information über den Schnittwinkel erreicht werden, und somit kann über den Schnittwinkel die Temperaturcharakteristik gemäß Gleichung (2) und durch Verweisen auf die Tabelle in 2 bestimmt werden.
  • Dieser Vorgang von Verstimmen der Frequenzcharakteristik wird hiernach mit Bezug auf die erste Ausführungsform der Erfindung erklärt.
  • Erste Ausführungsform
  • 7 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Temperaturkompensation über ein Bestimmen des Schnittwinkels von Kristallen, die in Oszillatoren verwendet werden, gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform liegt dem oben beschriebenen Prinzip zugrunde, d. h. einen temperaturabhängigen Zählerzustand (Frequenzverhältnis) des Slavezählers zu realisieren, der für das Abschätzen der Temperaturcharakteristik der Kristalle benötigt wird, wobei ein zusätzlicher Temperaturkoeffizient zu dem Slavekristalloszillator hinzugefügt wird, und der Frequenzverhältnisparameter n_s für verschiedene Kombinationen von Schnittwinkeln und Temperaturen vorberechnet wird, wie in 12 gezeigt ist.
  • Das Betriebsprinzip der Vorrichtung in 7 ist ähnlich zu dem Betriebsprinzip in 5. In 7 ist jedoch die Slavekristalloszillator-Temperaturcharakteristik unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik des Masterkristalloszillators verstimmt worden und zusätzliche Einheiten und Speicher sind zum Bestimmen des Schnittwinkels dphi hinzugefügt worden.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform der in 7 gezeigten Frequenzverhältnis-Bestimmungseinrichtung FRDM, 9a, 9b zeigen ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform, 10 und 11 zeigen die Temperaturcharakteristiken beziehungsweise eine Tabelle (ähnlich zu 4) für die zwei Temperaturcharakteristiken, wobei eine von ihnen verstimmt ist, und 12 zeigt die zuvor erwähnte Tabelle von vorberechneten Werten von n_s für verschiedene Kombinationen von Schnittwinkeln und Temperaturen. 13 und 14 zeigen verschiedene Beispiele des ersten (Master-) und zweiten (Slave-) Kristalloszillators, die eine weitere Verstimmungsschaltung beinhalten zum Verstimmen der Temperaturcharakteristik unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik des ersten (Master-) Kristalloszillators.
  • In 7 beinhaltet der Master- (erste) Kristalloszillator m einen Masterkristall mc, der unter einem Winkel geschnitten ist und der eine Masterresonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist. Der Masterkristalloszillator m ist angepasst, um eine Masterschwingfrequenz f_m mit einer Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik df_m/fc_m auszugeben, wobei angenommen wird, dass sie hauptsächlich durch die Masterkristallresonanz-Frequenztemperaturcharakteristik bestimmt wird. Daher wurde der Masterkristalloszillator unter Berücksichtigung des Oszillators m in 5 nicht verändert, und daher gehört die Frequenztemperaturcharakteristik des Masterkristallozszillator-Ausgangssignals f_m noch zu einer zuvor erwähnten Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik. df_m/fc m = a1(T – Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (2)
  • Weiterhin umfasst der Masterkristalloszillator m eine Master(erste) Abstimmeinrichtung MTM zum Abstimmen der Masterschwingfrequenz f_m in Antwort auf ein Mastersteuersignal m_ctl, wobei die Masterabstimmeinrichtung MTM die Masterschwingfrequenz f_m auf eine vorbestimmte Mastermittenfrequenz fc_m abstimmt, wenn das Mastersteuersignal m_ctl einen vorbestimmten voreingestellten Masterwert aufweist. Die Masterabstimmeinrichtung MTM ist zum Abstimmen der Masterschwingfrequenz auf einen definierten Wert notwendig, z. B. auf den in Gleichung (3.1) erwähnten Wert. Wenn zum Beispiel die Umgebungstemperatur genau 25°C ist, dann besteht natürlich keine Notwendigkeit zum Zurückjustieren der Masterschwingfrequenz f_m auf ihre Mittenfrequenz fc_m. Wenn jedoch die Umgebungstemperatur nicht gleich der 25°C (Wendetemperatur) ist, dann muss ein Master- (erstes) Steuersignal m_ctl angelegt werden, um die Frequenz auf die Mittenfrequenz zurück abzustimmen. Es sollte bemerkt werden, dass natürlich der Wert des Mastersteuersignals vorher nicht bekannt sein kann, da die Temperaturcharakteristik als solche nicht bekannt ist. Durch Messen der durch den Masterkristalloszillator m ausgegebenen Masterschwingfrequenz f_m, kann jedoch ein Wert für das Mastersteuersignal bei jeder Umgebungstemperatur zum Abstimmen des Masterkristalloszillators auf seine Mittenfrequenz gefunden werden.
  • Weiterhin beinhaltet in 7 der Slavekristalloszillator s einen Slave- (zweiten) Kristall sc, der unter dem gleichen Winkel geschnitten ist wie der Masterkristall mc und somit gleiche Resonanzfrequenztemperaturcharakteristik aufweist wie der Masterkristall mc. Der Slavekristalloszillator s gibt eine Slaveoszillatorfrequenz f-s mit einer Slaveschwingfrequenztemperaturcharakteristik df_s/fc_s aus.
  • Der Slavekristalloszillator umfasst ebenso eine Slaveabstimmeinrichtung FSTIM; SSTM zum Abstimmen der Slaveschwingfrequenz f_s in Antwort auf ein zweites und drittes Steuersignal s1_ctl und s2_ctl.
  • Gemäß der Erfindung ist die Slaveschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik df_s/fc_s unterschiedlich zu der Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik df_m/fc_m gemäß der folgenden Gleichung (2'). df_s/fc_s = a1(T-Tinv) + a1'(T – Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (2')
  • Wie in 10 und 11 gezeigt, macht der zusätzliche lineare Term a1'(t-Tinv) die Slaveschwingfrequenz-Temperaturcharacteristik unterschiedlich zu der Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik. Beim Beginn der Messungen muss ebenso der Slavekristalloszillator auf seine Mittenfrequenz fc_s abgestimmt werden, zum Beispiel auf den in Gleichung 3.3 gegebenen Wert. Bis die Umgebungstemperatur genau die 25°C erreicht hat, für die der Hersteller eine vorbestimmte Frequenz definiert hat, wird das zweite Steuersignal s1_ctl zum Abstimmen der Slaveschwingfrequenz f_s auf ihre vorbestimmte Slavemittenfrequenz fc_s verwendet. Da die Temperaturcharakteristik zu dem Beginn der Messungen nicht bekannt ist, kann im Voraus nicht bekannt sein, auf welchen Wert das zweite Steuersignal eingestellt werden muss, da das von der Temperaturcharakteristik und der bestehenden Umgebungstemperatur abhängen wird. Durch Messen der Ausgangsfrequenz f_s kann jedoch das zweite Steuersignal auf einen Wert eingestellt werden, der den Slavekristalloszillator auf seine Mittenfrequenz abstimmt.
  • Wenn das dritte Steuersignal s2_ctl ausgeschaltet ist, wird die Slaveschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik identisch zu der Masterschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik, und wenn das dritte Steuersignal eingeschaltet ist, wird die Slaveschwingfrequenz-Temperaturcharakteristik durch Gleichung (2') bestimmt.
  • In dieser Beschreibung bedeutet, wenn ein Steuersignal als "abgeschaltet" beschrieben wird, dass der entsprechende Abstimmungssignaleingang nicht zum Durchführen des Frequenzjustierens verwendet wird. In der Praxis wird natürlich eine entsprechende Klemme auf einen vordefinierten (Spannungs- oder Strom-)Wert eingestellt (z. B. der halbe Abstimmungsspannungsbereich), um schwebende Klemmen zu vermeiden, derart, dass zum Beispiel der Kapazitätswert des Abstimmelements (wenn ein Abstimmen durch Verändern eines Kapazitätswerts durchgeführt wird) einen wohl definierten Wert annimmt. Andererseits bedeutet, das wenn das Signal als "abgeschaltet" beschrieben wird, das Signal für ein aktives Justieren der Frequenz verwendet wird.
  • Ein Temperaturfühler TSEN wird zum Fühlen der bestehenden Umgebungstemperatur bereitgestellt. Eine Slavekristalloszillatoreinstelleinrichtung SSET empfängt ein Verstimmungs-DT-Steuersignal von einer Verarbeitungseinrichtung PM und eine Temperatur T wird durch den Temperatursensor TSEN gefühlt. Die Slavekristalloszillatoreinstelleinrichtung SSET schaltet das dritte Steuersignal s2_ctl abhängig von dem Verstimmungssteuersignal DT an/ab. Insbesondere stellt und schaltet die Einrichtung SSET das dritte Steuersignal s2_ctl zugehörig zu einer Temperatur T, die durch den Temperaturfühler TSEN gefühlt wird, auf einen Steuerwert ein. Somit steuert das zweite Steuersignal s2_ctl im Wesentlichen den zusätzlichen linearen Term a1'(T–Tinv) wie in Gleichung (2') gezeigt. Natürlich verschwindet der lineare Term, wenn ein Steuersignal s2_ctl zugehörig zu der Umgebungs- oder Wendetemperatur von 25°C angelegt wird, und die Temperaturcharakteristiken von Master und Slave werden identisch. Wie in 10 und in der Tabelle in 11 gezeigt, sind bei Umgebungstemperatur von annähernd 25°C die relativen Abweichungen von einer Frequenz identisch.
  • Wie oben beschrieben, gibt eine weitere Master/Slaveeinstelleinrichtung MS-SET zum Beginn der Messungen mit definierten Ausgangswerten der Oszillatorfrequenzen das erste und zweite Steuersignal m_ctl; S1_ctl zum Abstimmen des Master- und Slaveoszillators auf ihre Mittenfrequenzen aus, wenn das dritte Steuersignal s2_ctl noch abgeschaltet ist. Die Slaveabstimmeinrichtung STM, die die Signale s1_ctl; s2_ctl empfängt, kann zwei separate Abstimmeinrichtungen FSTM; SSTM umfassen, jeweils für das Mittenfrequenzabstimmen und das zusätzliche Verstimmen mit einem zusätzlichen linearen Term. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die erste und zweite Slaveabstimmeinrichtung FSTM; SSTM durch eine einzelne Einheit STM dargestellt werden, die beide Steuersignale s1_ctl; s2_ctl empfängt.
  • Da die Realisierung des zusätzlichen linearen Terms a1' (T-Tinv) durch den Temperaturfühler TSEM, die Einstelleinrichtung SSEM und die Slaveabstimmeinrichtung STM ein wichtiger Aspekt ist, werden zwei Ausführungsformen des Slavekristalloszillators in 13b und 14 gezeigt. Wie in 13a gezeigt, umfasst der grundsätzliche Schaltkreis (verwendet für den Masteroszillator), wie zum Beispiel auf Seite 97 in "Professionelle Schaltungstechnik" von Dieter Nuehmann, Franzis-Verlag, ISBN 3-7723-4002-4 gezeigt, einen Kristall sc, einen aktiven Teil des Kristalloszillators V1, Widerstände R1, R2, R3, Kondensatoren C1, C2 und eine "Vari-Cap"(variabler Kondensator, dessen Kapazität von dem Eingangsstrom abhängig ist)-Konfiguration D1s. Die Elemente R1, D1s in 13a, b und 14 werden zum Beispiel zum Abstimmen der Schwingfrequenz auf die Mittenfrequenz verwendet. Der Masterkristalloszillator m umfasst nur den Schaltkreis gemäß 13a mit einer "Vari-Cap"-Konfiguration D1s, da die Temperaturcharakteristik des Masteroszillators nicht verstimmt wird.
  • Das Element D1s wird zum Zwecke des Abstimmens der Resonanzfrequenz des entsprechenden Kristalls verwendet, um die Oszillatorausgangsfrequenz zu verändern. Das Abstimmelement D1s stellt eine spannungs-(Steuerspannungs)abhängige Kapazität bereit, die die Resonanzfrequenz des Kristalls zieht. Der voreingestellte Wert der gesteuerten Spannung ist die Spannungseinstellung, die die Oszillatorfrequenz genau auf die gewünschte Mittenfrequenz (bei normaler Temperatur) abstimmt, d. h. eine Kompensierung von Anfangstoleranzen des Kristalls und des Schaltkreises. Die Master-/Slaveeinstelleinrichtung MS/SET der Verarbeitungseinrichtung PM gibt ein entsprechendes Spannungssteuersignal m_ctl; s1_ctl zu einem entsprechenden Element D1 aus, um die Master-/Slaveoszillatoren jeweils auf ihre Mittenfrequenzen abzustimmen.
  • Wie in 13b gezeigt, ist eine erste Möglichkeit, um den zusätzlichen linearen Term zu realisieren, einfach einen zweiten Steuereingang s2_ctl und eine zweite veränderliche Kondensatorkonfiguration D2s bereitzustellen. Auch wenn keine Steuerspannung an den veränderlichen Kondensator D2s angelegt wird, wird dies eine weitere Kapazität parallel zu C1 hinzufügen, und daher wird das erste Steuersignal s1_ctl einen unterschiedlichen Wert aufweisen, um die Frequenz auf die Mittenfrequenz abzustimmen. Daher kann immer eine Steuerspannung für D1s zum Abstimmen des Oszillators auf die vorbestimmte Mittenfrequenz gefunden werden, wenn keine Steuerspannung an D2s angelegt wird, d. h. das zweite Steuersignal S2_ctl ausgeschaltet ist. Wenn die Mittenfrequenzsteuerspannung s1_ctl einmal an den Schaltkreis zu Beginn der Messungen angelegt wird, wird eine weitere Steuerspannung zu D2s geliefert, um den linearen Term zu realisieren.
  • Ein linearer Term (Temperatur/Frequenzbeziehung) kann leicht realisiert werden, z. B. durch Verwenden eines "IC-Temperaturfühlers" wie zum Beispiel in "IC temperature sensor provides thermo-couple code-junction compensation", national semiconductor, application note AN225, 4/79 von Michael X. Maida offenbart. Das Ausgangssignal des Temperaturfühlers (Spannungsausgang linear zu der Temperatur) wird zu dem zweiten Steuereingang s2_ctl des Kristalloszillators gespeist. Daher wird, beginnend mit einem Oszillator, der auf seine Mittenfrequenz mit dem ersten Steuersignal s1_ctl abgestimmt worden ist, seine Frequenzabweichung von dieser Mittenfrequenz unter Berücksichtigung von der Temperaturveränderung linear sein.
  • Ein weiteres einfaches Beispiel zum Implementieren eines temperaturabhängigen Steuersignals ist ein Gebrauchmachen von der Temperaturabhängigkeit einer pn-Verbindung mit ungefähr –2mV/K. Abhängig von der erforderlichen Genauigkeit, können ebenso fertig erhältliche Temperaturfühler mit einer wohldefinierten spezifischen Temperatur/Ausgangssignalbeziehung gebraucht werden. Oszillatoren sind als spannungsgesteuerte oder stromgesteuerte Typen wohlbekannt. 13a, 13b und 14 zeigen spannungsgesteuerte Typen, jedoch können die Einheiten in 7 und 15 ebenso auf stromgesteuerte Typen angepasst werden.
  • Natürlich sollte bemerkt werden, dass im Prinzip eine nichtlineare Spannungs-/Kapazitätsbeziehung in dem veränderlichen Kondensator D2s besteht, aber unter gewissen Bedingungen (eine kleine Steuerspannungsschwingung, zusätzliche Kondensatoren (fixierte Werte) für Linearisierung etc.) kann eine allumfassende lineare Steuerspannungs/Oszillatorfrequenzbeziehung für den vollständigen Oszillator realisiert werden. Somit führt eine lineare Steuerspannungüber-Temperatur-Beziehung zu einer linearen Frequenzverschiebung-über-Temperatur-Beziehung.
  • Andererseits ist es im Prinzip ebenso möglich – wenn die nicht-lineare Beziehung bekannt ist oder auch ein unterschiedlicher Abstimmschaltkreis verwendet wird – eher nicht-lineare Terme als die in Gleichung (2') gezeigten Terme zu realisieren. Das wichtige Merkmal der Erfindung ist, dass irgendwie eine wohl definierte Verstimmung der Temperaturcharakteristiken von einem Master und Slaveoszillator erreicht wird. Ob diese linear oder kubisch ist, ist nicht relevant für die Erfindung, obwohl die lineare Verstimmung bevorzugt wird.
  • Natürlich ist wenigstens die zusätzliche Verstimmung wohl definiert bevor die Messungen starten, obwohl die Temperaturcharakteristik in diesem Zustand noch nicht bekannt ist, d. h. der Grad einer linearen Verschiebung der Oszillatorausgangsfrequenz unter Berücksichtigung einer Temperatur kann gemessen werden, d. h. der künstliche lineare Term ist wohl definiert (obwohl natürlich die allumfassende Temperaturcharakteristik noch nicht bekannt ist).
  • Natürlich wird gewürdigt, das ebenso ein Schaltkreis gemäß 14 verwendet werden kann, bei dem ein Spannungskombiniernetzwerk (ein Widerstand, OP-Verstärker) bereitgestellt wird, der die erste und zweite Steuerspannung s1_ctl, s2_ctl kombiniert. Die resultierende Steuerspannung s_ctl wird schließlich an den einzelnen veränderlichen Kondensator D1 angelegt. In diesem Fall wird die Mittenfrequenzjustierung zuerst durch Abschalten des zweiten Steuereingangs s2_ctl durchgeführt (an diesen Eingang wird keine Spannung angelegt) und die Steuerspannung s1_ctl wird justiert, um das Mittenfrequenzabstimmen zu erreichen. Dann wird die Steuerspannung s1_ctl fixiert, und die Messungen können durch Einstellen der Spannung, an dem zweiten Steuereingang s2_ctl, auf eine Temperatur, wie durch den Temperaturfühler TSEN gefühlt, starten.
  • Es wird nun verstanden, dass die Slaveabstimmeinrichtung STM in 7 im Allgemeinen wie in 14 dargestellt werden kann, d. h. die Slaveabstimmeinrichtung STM umfasst den Addierer ADD, den Widerstand R1 und das Element D1. Alternativ können eine erste und zweite Slaveabstimmeinrichtung FSTM, SSTM in 7 durch eine doppelte Konfiguration von R1, D1s, D2s, wie in 13b gezeigt realisiert werden. Das Verfahren zum Bestimmen des Schnittwinkels durch Verwenden des zusätzlichen linearen Terms ist in 9a gezeigt. Bevor die tatsächlichen Messungen in Schritt S2 starten, ist die bekannte Beziehung eines Frequenzverhältnisparameters n_s abhängig von der Temperatur T und der Schnittwinkel in einer Speichereinrichtung MEM gespeichert, z. B. einem EEPROM. Die Inhalte dieses Speichers werden in 12 gezeigt. Die Beziehung kann als eine Verweistabelle im Voraus durch Eingeben einer Anzahl von Kristallen mit bekannten Schnittwinkeln und durch Messen des Frequenzverhältnisparameters n_s in dem Schaltkreis gemäß 5 gespeichert werden. Es sollte bemerkt werden, dass es ebenso möglich ist, die Beziehung in 12 vorzuberechnen, da natürlich die Frequenztemperaturabhängigkeit von einem AT-Schnittwinkel im Prinzip aus Gleichung (1) oder (2) bekannt ist.
  • Nach Speichern der Beziehung in 12 in dem Speicher MEM in Schritt S1, werden die folgenden Schritte gemäß der ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgeführt. In Schritt S1 wird die bekannte Beziehung eines Frequenzverhältnisparameters n_s abhängig von der Temperatur T und dem Schnittwinkel, wie in 12 gezeigt, in der Speichereinrichtung MEM gespeichert. Um definierte Startbedingungen zu haben, gibt in Schritt S2 die Master/Slaveeinstelleinrichtung MS-SET Steuersignale m_ctl und s1_ctl zu der Masterabstimmeinrichtung MTM und einer ersten Slaveabstimmeinrichtung FSTM ab, um den Slavekristalloszillator und den Masterkristalloszillator auf ihre Mittenfrequenzen fc_m, fc_s abzustimmen, wie zum Beispiel in Gleichungen (3.1) und (3.3) erwähnt.
  • Beim Abstimmen der Frequenzen auf die Mittenfrequenzen wird das dritte Steuersignal, das zum Verstimmen der Temperaturcharakteristiken verwendet wird (d. h. zum Realisieren des linearen Terms a1' (T-Tinv)), ausgeschaltet, d. h. eine mittlere Verarbeitungseinheit gibt nur eine mittlere Steuerung CT zu der Master/Slaveeinstelleinrichtung MS-SET und schaltet ein Verstimmungssteuersignal DT zu der Slaveeinstelleinrichtung SSET ab. Wie oben erklärt, kann, abhängig von der Realisierung der Abstimmungseinrichtung, zum Beispiel in 13b, 14, eine Steuerspannung zum Abstimmen der Frequenz über eine veränderliche Kondensatorkonfiguration angelegt werden. Solche voreingestellten Werte sind jene Werte, die die Oszillatoren auf ihre Mittenfrequenzen bei normaler Umgebungstemperatur abstimmen. Solche voreingestellte Werte für das Steuersignal m ctl und das Steuersignal s1_ctl werden in einem EEPROM gespeichert. Daher arbeiten der Master und Slaveoszillator bei ihren Mittenfrequenzen, nachdem der Schritt 52 ausgeführt worden ist. Wenn der Schaltkreis in 7 bei voreingestellten Nicht-Umgebungstemperaturen betrieben wird, können die Ausgänge der Oszillatoren überwacht werden und ein zugehöriges Steuersignal zum Abstimmen der Frequenzen auf die Mittenfrequenzen angelegt werden.
  • In Schritt S3 gibt die zentrale Verarbeitungseinheit CPU das Verstimmungssteuersignal DT aus und die Ausgangsspannung des Temperaturfühlers TSEN wird zu der Slaveeinstelleinrichtung SSET und zu einem Eingang einer
    Frequenzabweichungsbestimmungseinrichtung FDDM gespeist, die unten erklärt wird. Somit wird, wenn das Steuersignal DT zu der SSET-Einrichtung ausgegeben wird, die Ausgangsspannung des Temperaturfühlers TSEN (oder möglicherweise eine Spannungspegel-konvertierte Version dessen) als das Steuersignal (Spannung) s2_ctl zu der Slaveabstimmeinrichtung STM gespeist, zum Beispiel zu der zweiten Slaveabstimmeinrichtung SSTM, wenn die Slaveabstimmeinrichtung STM durch zwei verschiedene Einheiten FSTM, SSTM realisiert werden. Wie oben mit Bezug auf Gleichung (2') erklärt, wird ein derartiges Einstellen der Slaveabstimmeinrichtung STM die Resonanzfrequenztemperaturcharakteristiken des Master-Oszillators unter Berücksichtigung des Slaveoszillators verstimmen (siehe 10).
  • In Schritt S4 misst eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM die Ausgangsfrequenzen f_m und f_s und bestimmt den Frequenzverhältnisparameter n_s, der das Verhältnis der Slaveoszillatorfrequenz f_s zu der Master-Oszillatorfrequenz f_m repräsentiert. Da der Master-Oszillator keiner Verstimmung unterzogen wurde, wird natürlich die Ausgangsfrequenz des Master-Oszillators f_m noch seine Mittenfrequenz fc_m sein. Im Wesentlichen kann der Frequenzverhältnisparameter n_s, wie oben erklärt, mit Gleichung (4.5) beschrieben werden.
  • In Schritt S5 wird der Frequenzverhältnisparameter n_s zu einer Zugriffseinrichtung AC ausgegeben, die durch die zentrale Steuereinheit CPU durch ein Zugriffssteuersignal ACC gesteuert wird. Die Zugriffseinrichtung AC greift auf den Speicher MEM auf die bekannte Beziehung des Frequenzverhältnisparameter n_s zu, abhängig von der Temperatur t und dem Schnittwinkel, wie in 12 gezeigt ist. Weiterhin wird die Temperatur T in dem Auslesevorgang in Schritt S5 verwendet. Wie oben in 12 erklärt, wird eine bekannte Beziehung gespeichert, die zum Beispiel aus einer Anzahl von verschiedenen Kristallen gemessen wird, die, wenn in dem Schaltkreis gemäß 7 verwendet, verschiedene (bekannte) Schnittwinkel aufweisen. Somit gehört die Tabelle in 12 zu Messungen, die jeweils, mit einem Verstimmen der Slavetemperaturcharakteristik, abhängig von einer spezifischen Temperatur, ausgeführt worden sind. Beim Zugreifen auf die Tabelle oder die bekannte Beziehung in dem Speicher MEM wird eine nächste Übereinstimmung des bestimmten Frequenzverhältnisparameters n_s mit einem Wert in der Tabelle, bei der jeweiligen durch den Temperaturfühler gefühlten Temperatur T, bestimmt. Wenn zum Beispiel die, durch den Temperaturfühler TSEN, identifizierte Temperatur +15°C anzeigt und der Frequenzverhältnisparameter n_s 128002560,0001 ist, dann ist der (gerahmte) Wert von 128002560,00000 der Eingang, der die nächste Übereinstimmung aufweist, und daher wird der Schnittwinkel dphi zu 2 bestimmt. Die in 12 aufgelisteten spezifischen Werte sind für die Beispielwerte aufgenommen, die sich in Gleichungen (3.1), (3.3), (3.6), (3.7), (3.8), (2), (2'), (4.1) zusammen mit dem folgenden Satz von Parametern befinden:
  • Figure 00360001
  • Figure 00370001
  • Somit kann gesehen werden, dass das Einführen eines zusätzlichen linearen Temperaturkoeffizienten zu einem einzigen Frequenzverhältnisparameter n_s für jeden individuellen Schnittwinkel und jede Temperatur führt, wie in 12 gezeigt ist. Zugrunde liegend auf einem einzigen n_s kann der Schnittwinkel von 12 bestimmt werden. Somit ist nach Schritt S5 die Temperaturcharakteristik im Grunde bekannt, da der Schnittwinkel bekannt ist.
  • In einem Speicher MEM' ist eine Beziehung der temperaturabhängigen Resonanzfrequenzcharakteristik (siehe 2) des Kristalls abhängig von der Temperatur und dem Schnittwinkel gespeichert. Die Frequenzabweichungsbestimmungseinrichtung FDDM greift dann auf diese Beziehung (z. B. gespeichert als eine Verweistabelle gemäß 2) in dem Speicher MEM' mit dem bestimmten Schnittwinkel dphi und einer Temperatur T zu. Zum Beispiel wird ein Wert von 5,8800 ppm ausgelesen, wenn die Temperatur zu 15°C gehört und der Schnittwinkel zu 4 bestimmt worden ist. Wenn die Master- und Slaveabstimmeinrichtungen MTM, STM eine Abstimmung über einen veränderlichen Kondensator verwenden, der z. B. die Frequenzen mit 1 ppm/Volt abstimmt, müsste eine Spannung von 5,8800 Volt an die Abstimmeinrichtung angelegt werden, um die Frequenzen zurück zu justieren. Somit kann eine genaue Temperaturkompensierung ausgeführt werden, wenn die Umgebungstemperatur von der Wendepunkttemperatur abweicht. Somit stimmen die nominalen voreingestellten Werte für die Steuersignale m_ctl und s1_ctl nicht wirklich den Master- und Slaveoszillator auf ihre Mittenfrequenzen ab, wenn die Umgebungstemperatur von der Wendepunkttemperatur abweicht, weil das nur der Fall ist, wenn die Umgebungstemperatur identisch zu der Wendepunkttemperatur ist. Nur der letztlich von der in 2 ausgelesene Wert wird einen exakten Wert der Abstimmspannung ergeben, der tatsächlich für eine Temperaturkompensation an die Oszillatoren angelegt werden muss, wenn die Umgebungstemperatur nicht die Wendepunkttemperatur ist.
  • Es sollte bemerkt werden, dass, natürlich sobald der Schnittwinkel bestimmt worden ist, die Temperaturcharakteristik gemäß Gleichung (2) bekannt ist und daher die Tabelle in 2 nur ein Beispiel zum Verwenden einer Verweistabelle ist, wie die zugehörige Frequenzabweichung und somit eine geeignete Abstimmspannung gefunden werden kann. Im Prinzip kann eine Temperaturkompensationsspannung immer gefunden werden, wenn einmal der Schnittwinkel gemäß der Schritte S1–S5 in 9a bestimmt worden ist.
  • Wenn der Schnittwinkel von beiden Kristallen einmal gefunden ist, werden die geeignete Steuerspannungen durch die Prozessoreinheit berechnet und an die Oszillator-Eingänge m_ctl und s1_ctl angelegt, um die Oszillatoren zurück auf ihre Mittenfrequenzen abzustimmen. Das System kann nun von dem "Berechnungsmodus" eines Betriebs in 9a zu einem sogenannten "normalen Modus" eines Betriebs wechseln, bei dem das dritte Steuersignal s2_ctl abgeschaltet wird, d. h. das Steuersignal DT wird abgeschaltet und die Oszillatoren arbeiten wie gewünscht auf ihren Mittenfrequenzen. Werte für die Temperatur und temperaturkompensierte Steuerspannungen werden in dem Speicher MEM' gespeichert und werden für den interessierenden Temperaturbereich gesammelt. Da keine externe Ausrüstung benötigt wird, kann der Berechnungsmodus des Betriebs während eines Temperaturzyklus seitens des Herstellers oder zu jeder anderen Zeit durchgeführt werden, auch wenn die Einrichtung außerhalb des Feldes ist.
  • Wie in 12 gezeigt, ist prinzipiell ein Wert hinreichend, um den Schnittwinkel zu bestimmen. Zum Verbessern der Bestimmungsgenauigkeit kann jedoch der Schnittwinkel für eine Anzahl von verschiedenen Temperaturen bestimmt werden. Somit sind dann mehr Frequenzverhältnisparameter für verschiedene Temperaturen erhältlich, wenn beabsichtigterweise die Temperatur erhöht oder vermindert wird (die Oszillatoren werden geheizt oder gekühlt oder eine Veränderung der Umbebungstemperatur findet statt, wobei in diesem Fall keine aktive Heizung oder Kühlung durch eine Temperaturanwendungseinrichtung, z. B. eine Heizung oder Kühlung, notwendig ist), so dass die Berechnung des Schnittwinkels mit Bezug auf 12 genauer gemacht werden kann. Wenn einmal der gesamte Temperaturbereich durch eine hinreichende Anzahl von Schritten beschrieben ist, d. h. dphi ist mit hinreichender Genauigkeit bestimmt, können die Kristalle, eher durch Verwenden der in dem Speicher MEM' gespeicherten Werte oder durch Verwenden des Wertes von dphi, temperaturkompensiert werden, als durch Wiederholen des Berechnungsmodus-Betriebs.
  • Weiterhin sollte bemerkt werden, dass es ebenso möglich ist, eine Mehrzahl von Slaveoszillatoren bereit zu stellen, die jeweils eine unterschiedliche nominale Mittenfrequenz aufweisen, jedoch jeweils einen Kristall des gleichen Stapels verwenden, d. h. den gleichen Schnittwinkel aufweisen. Dann werden verschiedene Tabellen wie in 12 verwendet und verschiedene Frequenzverhältnisparameter werden bestimmt. Durch Mitteln der, auf der Basis der verschiedenen Frequenzverhältnisparameter, bestimmten Schnittwinkel, kann eine genauere Schnittwinkelbestimmung durchgeführt werden.
  • Hiernach wird eine Ausführungsform der in 7 gezeigten Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM mit Bezug auf 8 und 9b beschrieben. Die Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM umfasst einen Master-zähler mct zum Zählen der Masteroszillatorfrequenzimpulse der Masteroszillatorfrequenz f_m, einen Slavezähler sct zum Zählen der Slaveoszillatorfrequenzimpulse der Slaveoszillatorfrequenz f_s in Schritt S41 und eine Maximumvergleichseinrichtung MAX-CPM zum Vergleichen des Masterzähler-Zählwertes n_m mit einem bestimmten Maximalwert n_mmax in Schritt S42. Die Verarbeitungseinrichtung PM umfasst weiterhin eine Rücksetz/Ausleseeinheit RST-ROUT, die angepasst ist, um den Masterzähler-Zählwert n_s als den Frequenzverhältnisparameter n_s auszulesen, wenn die Maximumvergleichseinrichtung CMT detektiert, dass der Masterzählerzählwert den Maximalwert n_mmax in Schritt S51 erreicht hat und zum Zurücksetzen des Master- und des Slavezählers mct, sct in eine derartige Bedingung. In diesem Fall, wie in 8 gezeigt, verwendet die Zugriffseinrichtung AC den Zählerwert n_s als den Frequenzverhältnisbestimmungsparameter zum Zugreifen auf den Speicher MEM in Schritt S52.
  • Wie in Gleichung (4.5) dargestellt und wie mit Bezug auf 5 beschrieben, ist der Zählerwert n_s eine Messung des Frequenzverhältnisses der Slave- zu der Masterfrequenz. Daher gibt die Rücknetz-/Ausleseeinheit RST-ROUT die Rücksetzsignale RST-S, RST-M zu dem Slavezähler sct und dem Masterzähler MCT aus, wenn immer der durch den Masterzähler mct ausgegebene und die Anzahl von Impulsen repräsentierende Wert n_m das Maximum n_mmax erreicht. Der zuvor erwähnte Vorgang wird durch die Schritte S41, S42, S51, S52 in 9b dargestellt.
  • Es ist sehr offensichtlich aus 12, dass die Lösung, zu der dphi bestimmt ist, von dem Wert n_m abhängt, um hinreichend unterschiedliche Werte von n_s für eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM zu ergeben, wie in 8 realisiert. In Funksystemen, bei denen Phasenregelkreise (PLL) verwendet werden, um die RF Signale zu erzeugen, können diese Signale verwendet werden, um den zu erzeugen, können diese Signale verwendet werden, um den Master- und Slavezähler zu speisen. Da die RF Frequenz von der Referenzfrequenz (Masterkristall/Slavekristall) abgeleitet wird, ist die Beziehung von Gleichung (4.5) noch gültig. Daher kann n_m erhöht werden, ohne die Zeit zu erhöhen, die benötigt wird, um den Berechnungsmodusbetrieb durchzuführen (z. B. GSM-System, Transmitterfrequenz: 897 MHz = 69 × 13 MHz). Natürlich muss der Vorteil des schnelleren Berechnungsmodusbetriebs gegenüber einer erhöhten Schaltkreiskomplexität und Stromverbrauch abgewägt werden.
  • Weiterhin kann ein Messen der Zeit zwischen der letzten Erhöhung des Slavezählers und dem Ende der Gatterdauer (= Bruchteil eines Slavezyklus) verwendet werden, um die Auflösung zu erhöhen. Ein Kondensator, der proportional zu dem Bruchteil von einem Slavetaktzyklus geladen wird, kann für diesen Zweck verwendet werden. Die Kondensatorspannung wird AD-konvertiert und repräsentiert die Zeit zwischen der letzten Slavezählererhöhung und dem Ende der Gatterdauer.
  • Zweite Ausführungsform
  • Wie oben in der ersten Ausführungsform erklärt, wird ein zusätzlicher linearer Temperaturkoeffizient zu der Temperaturcharakteristik des Slavekristalls (Oszillator) hinzugefügt, um die Frequenzcharakteristiken des Slavekristalloszillators zu verstimmen. Es wird gewürdigt, dass das im Wesentlichen äquivalent zu einer Situation ist, bei der zwei unterschiedlichen Kristalle mit unterschiedlichen Schnittwinkeln in dem Slave und Masteroszillator verwendet werden. Somit können die Frequenzverhältnisparameter verwendet werden, wenn keine Verstimmung auf die Temperaturcharakteristik angewandt wird, um zu bewerten, wie identisch (oder unterschiedlich) die Schnittwinkel von zwei in dem Master- und Slaveoszillator verwendeten Kristallen sind. Die zweite Ausführungsform der Erfindung, wird mit Bezug auf 15, 16a, 16b beschrieben und bezieht sich auf diesen Aspekt, und dieser Betriebsmodus wird hiernach als der "Kalibrierungs-Modus" des Betriebs bezeichnet.
  • Wenn kein aktiver zusätzlicher linearer Term oder zusätzliche Verstimmung bei dem zweiten Oszillator angewendet wird, wird die prinzipielle Abhängigkeit von den Frequenzcharakteristiken von der Temperatur durch die folgenden zwei Gleichungen repräsentiert: df_m/fc_m = a1_m(T – Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (5.1) df_s/fc_s = a1_s(T – Tinv) + a3(T – Tinv)^3 (5.2)
  • Diese Gleichungen gehören zu Gleichung (2), bei der keine zusätzliche Verstimmung angewendet worden ist. Weiterhin sind Gleichung (4.1) bis Gleichung (4.5) gleich gut auf die zweite Ausführungsform anwendbar, d. h. ein Frequenzverhältnisparameter n_s wird als das Verhältnis von T_m/Tc_s berechnet, dass das Frequenzverhältnis der Masterschwingfrequenz zu der Slaveschwingfrequenz repräsentiert. Durch Verwendung von Gleichung (5.1), (5.2) kann eine allgemeine Beziehung für den Frequenzverhältnisparameter n_s berechnet werden, wenn kein zusätzlicher linearer Term angewendet worden ist, wie in der folgenden Gleichung (6) gezeigt. n_s = (n_m/(fc_m*(1 + (al m(T–Tinv) + a3 (T – Tinv)^3*1e6}* {fc_s*1+(a1_s(T – Tinv) + a3(T – tinv)^3)*1e6} (6)
  • In Gleichung (5.1) und (5.2) sind die zwei Frequenzcharakteristiken unterschiedlich, weil der Unterschied in dem linearen Term a1_m und a1_s aus den zwei unterschiedlichen Schnittwinkeln resultiert, weil diese zwei Parameter jeweils von dem Schnittwinkel des Master- bzw. des Slaveoszillatorkristalls abhängen. Daher zeigt Gleichung (6) eine Beziehung des Frequenzverhältnisparameters n_s zu dem Schnittwinkel des Masterkristalls und dem Schnittwinkel des Slaveoszillatorkristalls. Eine derartige Beziehung des von den Schnittwinkeln der zwei Kristalle abhängigen Frequenzverhältnisparameters n_s kann in dem in 15 gezeigten Speicher MEM' aufgezeichnet werden (vorberechnet oder gespeichert als eine Tabelle) (siehe ebenso Schritt S3' in 16a). Die gespeicherte Beziehung wird als eine Verweistabelle für die folgenden Werte in 16b gezeigt. In 16b ist die Masterkristall-Resonanzfrequenz durch Gleichung (3.1) gegeben. Weiterhin wird Gleichung (3.2') für den maximalen entgegengesetzten Zustand n_m verwendet. Weiterhin ist die Slavekristalloszillatorfrequenz durch Gleichung (3.3) gegeben. Die linearen Koeffizienten a1_m und a1_s des Master- und des Slaveoszillators sind jeweils durch Gleichung (3.5') gegeben. Die kubischen Koeffizienten a3_m und a3_s sind jeweils durch Gleichung (3.6) gegeben. Die Wendetemperatur ist 25°C, wie durch Gleichung (3.5) gegeben. Die Temperatur T, für die Gleichung (6) in 16b bewertet worden ist, ist T = 45°C.
  • Der Vorgang zum Bestimmen der "Identitäten von Schnittwinkeln" ist in 16a gezeigt. In Schritt S2' werden das erste und zweite Steuersignal auf ihre voreingestellten Werte eingestellt, d. h. auf die voreingestellten Werte, die die jeweiligen Oszillatoren auf ihre Mittenfrequenzen bei der Referenztemperatur abstimmen. In Schritt S3' wird die vorbestimmte Beziehung, wie durch Gleichung (6) reflektiert, oder die Tabelle in 16b in dem Speicher MEM gespeichert. In Schritt S7 misst ein Temperaturfühler TSEN die Umgebungstemperatur oder eine vorbestimmte Messtemperatur wird zu dem ersten und zweiten Oszillator m, s durch eine Temperaturanwendungseinrichtung HEAT aktiv geliefert. Die Messtemperatur kann über oder unter der Referenztemperatur sein, d. h. die Temperaturanwendungseinrichtung HEAT kann den ersten und zweiten Oszillator m, s heizen oder kühlen.
  • In Verbindung mit Schritt S7 sollte bemerkt werden, dass die Temperaturanwendungseinrichtung HEAT nur als eine bevorzugte Ausführungsform verwendet wird, weil ebenso eine Messung des Frequenzverhältnisparameters bei der Umgebungstemperatur ausgeführt werden kann, wenn die gegenwärtige Umgebungstemperatur unterschiedlich zu der Wendepunkttemperatur ist.
  • In Schritt S4 wird der Frequenzverhältnisparameter n_s, der das Frequenzverhältnis der Schwingfrequenz f_s zu der ersten Schwingfrequenz f_m repräsentiert, bestimmt als die Messtemperatur, die – wie oben erklärt – unterschiedlich zu der Wendepunkttemperatur des Kristalls ist. Als ein Beispiel ist die Umgebungstemperatur T zu 45°C gemessen worden, was natürlich unterschiedlich zu der Wendepunkttemperatur von 25°C gemäß Gleichung (3.7) ist. Als ein Beispiel ist der Frequenzverhältnisparameter für die oben gegebenen Werte zu n_s = 127997849,61626 gemessen worden.
  • In Schritt S5' wird dieser Wert von n_s verwendet, um auf die Beziehung in Gleichung (6) zuzugreifen, d. h. zugreifen zum Beispiel auf die Verweistabelle in 16b, die auf der Grundlage von Gleichung (6) aufbereitet worden ist. Wie oben erklärt, wird der entsprechende Schnittwinkel des Master- und des Slavekristalls direkt die Parameter a1_m und a1_s beeinflussen, und daher kann diese Beziehung im Speicher MEM' vorauf gezeichnet werden. Wenn auf diese Tabelle mit diesen Werten zugegriffen wird, wird eine nächste Übereinstimmung zwischen den vorbezeichneten Werten für n_s und dem gemessenen Frequenzverhältnisparameter gesucht. Eine nächste Übereinstimmung ist mit dem Wert dphi_s = 6,0 1/°C für den Slavekristall und dphim = 4,0 1/°C gefunden worden. Somit sind die Schnittwinkel des ersten und zweiten Kristalls, die zu dem gemessenen Frequenzverhältnisparameter n_s gehören, in Schritt S5' ausgelesen worden.
  • In Schritt S9 kann die Identität der Schnittwinkel durch Bestimmen der Differenz der bestimmten Schnittwinkel oder des Verhältnisses der bestimmten Schnittwinkel berechnet werden.
  • In dem obigen Vorgang der Schritte S2', S3', S7, S4, S5' und S9 ist es wichtig, dass die Umgebungstemperatur, bei der die Messung ausgeführt werden, nicht gleich der Temperatur des Wendepunktes sind, da der Frequenzverhältnisparameter bei dieser Temperatur für jede Kombination von Schnittwinkeln konstant bleibt. Daher ist das Ergebnis in S5 bedeutungslos, wenn in Schritt S7 die Umgebungstemperatur gleich der Wendepunkttemperatur wird und daher in Schritt S8 eine weitere Messung durch Einstellen einer neuen Messtemperatur in Schritt S7 ausgeführt wird ("Y" in Schritt S8). Wie zuvor erklärt, ist eine Möglichkeit, dass aktiv eine neue Temperatur durch die Temperaturanwendungseinrichtung HEAT eingestellt wird und eine zweite Möglichkeit ist die, nur zu warten, bis die, durch die Temperaturfühlereinrichtung TSEN, gemessene Umgebungstemperatur einen unterschiedlichen wert annimmt.
  • In dem obigen Vorgang sollte bemerkt werden, dass alle Beschreibungen zum Bestimmen des Frequenzverhältnisparameters, die unter Berücksichtigung der ersten Ausführungsform (7, 8) gemacht worden sind, ebenso gut auf die zweite Ausführungsform angewendet werden können.
  • Wie oben erklärt, ist es gemäß der zweiten Ausführungsform nur notwendig eine Temperaturmessung bei einer Temperatur durchzuführen, die unterschiedlich zu der Wendepunkttemperatur ist und nur notwendig einen Frequenzverhältnisparameter bei dieser unterschiedlichen Messtemperatur zu bestimmen. Natürlich ist es jedoch ebenso möglich, die Messung bei verschiedenen Messtemperaturen zu wiederholen, die unterschiedlich zu der Umgebungstemperatur sind, und dann die bei jeder Messung erhaltenen Frequenzverhältnisparameter zu mitteln, um die Genauigkeit zu erhöhen. Auf die Gleichung (6) oder die Verweistabelle in 16b wird dann mit dem gemittelten Frequenzverhältnisparameter zugegriffen.
  • Wie oben erklärt, sind die temperaturabhängigen Frequenzcharakteristiken von beiden Kristallen unterschiedlich, wenn die zwei Kristalle unterschiedliche Schnittwinkel aufweisen – was, wie oben beschrieben, bestimmt werden kann. Durch Verwenden der zweiten Ausführungsform kann ebenso eine Temperaturkompensation wie folgt ausgeführt werden.
  • Wie in 16a gezeigt und wie oben erklärt muss die Schleife von den Schritten S7, S4, S5', S8 zurück auf Schritt S7 in dem Fall verwendet werden, damit die Umgebungstemperatur gleich der Wendepunkttemperatur des Kristalls wird. Jedoch kann die Schleife ebenso zum Bestimmen eines ersten Frequenzverhältnisparameters bei einer ersten Temperatur verwendet werden, die gleich der Umgebungstemperatur oder auch der Wendepunkttemperatur sein kann. Der bestimmte Frequenzverhältnisparameter n_s(T1) wird gespeichert, wobei T1 die erste Messtemperatur ist. Dann wird die Frequenzverhältnismessung wiederholt und eine zweite Temperatur T2, die unterschiedlich zu der ersten Temperatur T1 ist, kann infolge von Umgebungsveränderungen erreicht werden oder kann durch die Temperaturanwendungseinrichtung HEAT aktiv eingestellt werden. Dieser zweite Frequenzverhältnisparameter n_s(T2) kann ebenso in dem Speicher MEM' gespeichert sein. Um die zwei Frequenzcharakteristiken identisch zu machen, kann eine Steuerspannung an den Masteroszillator oder den Slaveoszillator angelegt werden, um die Frequenz abzustimmen, bis der bei der zweiten Temperatur T2 gemessene Frequenzverhältnisparameter identisch zu dem bei der ersten (Umgebungs- oder Wendepunkt)-Temperatur gemessenen Frequenzverhältnisparameter ist. Durch Wiederholen der Frequenzverhältnisparametermessung bei einer Vielzahl von zweiten Temperaturen T2 ist es möglich, einen Steuerwert für jede Temperatur T2 zu erhalten, der die Frequenzcharakteristiken identisch macht.
  • Somit wird für jeden unterschiedlichen Satz Temperaturen der Frequenzverhältnisparameter n_s durch die Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM bestimmt, wie zum Beispiel in 9b gezeigt. Wie mit der Schleife in Schritt S8 in 16a gezeigt, werden die Frequenzverhältnismessungen für eine Anzahl von verschiedenen, in Schritt S7 angewendeten Temperaturwerten ausgeführt. Wie in 18 gezeigt, ist der Frequenzverhältnisparameter n_s nicht länger über eine Temperatur konstant. Das bedeutet, dass jeder individuelle Frequenzverhältnisparameter sich auf eine einzige Resonanzfrequenz und Temperatur beziehen kann.
  • Als ein erster Beispielfall kann angenommen werden, dass die zwei verwendeten Kristalle in der Tat unterschiedliche Schnittwinkel aufweisen (d. h. sie sind von zwei unterschiedlichen Stapeln), aber ihre Temperaturcharakteristiken – infolge des Schnittwinkelunterschieds – unterscheiden sich nur in einem linearen Term. Das ist äquivalent zu dem Fall in der ersten Ausführungsform, nur dass in der zweiten Ausführungsform der lineare Abweichungsterm nicht infolge der aktiven Verstimmung mit einer Verstimmungseinrichtung, sondern infolge der Abweichung eines Schnittwinkels zwischen den zwei Kristallen besteht. In diesem Fall können die Schnittwinkel und die Differenz, wie oben erklärt, erhalten werden. Wenn die Schnittwinkel bekannt sind, ist es natürlich leicht eine Steuerspannung an einen oder beide der zwei Oszillatoren anzulegen, da die Temperaturcharakteristiken dann explizit aus Gleichungen (5.1) und (5.2) bekannt sind.
  • Der zweite Beispielfall ist, wenn nicht angenommen werden kann, dass der Unterschied im Schnittwinkel nicht zu einer linearen Term a1'-Abweichung gehört, d. h. die Differenz im Schnittwinkel nicht zu zwei Temperaturcharakteristiken führt, die sich in einem linearen Term unterscheiden. Eine Möglichkeit ist, dass die Berechnung von 16b durch Annehmen einer unterschiedlichen, z. B. quadratischen oder kubischen Abweichung durchgeführt wird. Dann wird der Vorgang zum Bestimmen der Schnittwinkel wie oben beschrieben ausgeführt.
  • Eine andere Möglichkeit ist – wenn keine Information über den Typ der Abweichung, linear oder kubisch etc., verfügbar ist – dass zuerst der Frequenzverhältnisparameter n_s bei der Mittenfrequenzeinstellung gemessen wird. Dann werden die Oszillatoren einer zweiten Temperatur (resultierend in einer Veränderung von n_s) ausgesetzt, und dann wird eine Steuerspannung (oder Strom) an einen der zwei Oszillatoren angelegt, zum Zurückjustieren des Wertes von n_s auf den bei der ersten (Umgebungs)-Temperatur gemessenen. Wie oben erklärt, kann eine Tabelle eingestellt werden, die – für jeden Temperaturwert – den Steuerwert ergibt, um den Unterschied der Temperaturcharakteristiken zu kompensieren, d. h. den Steuerwert, der an einen der zwei Oszillatoren angelegt werden muss, um zwei Temperaturcharakteristiken identisch zu machen. Somit kompensieren in diesem Fall die Steuerwerte die Abweichung der Temperaturcharakteristik infolge der verschiedenen Schnittwinkel, unabhängig davon, ob die Art der Abweichung (linear, quadratisch oder kubisch etc.) bekannt ist oder nicht. In diesem Fall kann die Schnittwinkeldifferenz nicht direkt wie in dem ersten Beispiel bestimmt werden, jedoch zeigt die Größe des Abstimmungssignals zum Zurückjustieren des Frequenzverhältnisparameters auf den so bei Umgebungstemperatur gemessenen den Grad der Schnittwinkelabweichung.
  • Wie oben erklärt, kann die Bestimmung des Frequenzverhältnisparameters verwendet werden, um eine Steuerspannung (oder Strom) bereit zu stellen, die notwendig ist, um zu bewirken, dass die zwei Temperaturcharakteristiken identisch sind. Somit kann, wenn z. B. zwei Oszillatoren mit zwei unterschiedlichen Kristallen von verschiedenen Stapeln gebraucht werden, ein erster Vorabstimmungsschritt durchgeführt werden, bei dem eine temperaturabhängige Steuerspannung bestimmt werden kann, um die Temperaturabhängigkeiten, gemäß der zweiten Ausführungsform, identisch zu machen.
  • Dann kann die tatsächliche Bestimmung des Schnittwinkels gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. Wenn z. B. der zweite (Slave)-Oszillator das Abstimmspannungssignal, gemäß der zweiten Ausführungsform, zum übereinstimmen der Slavetemperaturcharakteristik zu der des Masteroszillators empfängt, dann gehört dies zu einer Löschung der Schnittwinkeldifferenz. Wenn dann der Schnittwinkel, gemäß der ersten Ausführungsform, bestimmt wird, wird es der Schnittwinkel des Masteroszillatorkristalls sein, der bestimmt wird. Wenn alternativ der Masteroszillator die Abstimmspannung gemäß der zweiten Ausführungsform empfängt, dann wird der Slavekristallschnittwinkel bestimmt.
  • Somit kann, wie mit Schritt S9 in 16a gezeigt, die Identität (oder Differenz), d. h. Symmetrie der Schnittwinkel, auf der Grundlage der Unterschiede der bestimmten Frequenzverhältnisparameter bestimmt werden. Wie oben in der Einleitung mit Bezug auf 4 erklärt, sollte offensichtlich der Frequenzverhältnisparameter immer der gleiche und unabhängig von der angelegten Temperatur sein, wenn die zwei Schnittwinkel die gleichen sind und keine Verstimmung an den Slaveoszillator angelegt ist.
  • 17a, 17b, 17c zeigen die Differenz oder die Abweichung zwischen dem Masterzählerzustand n_m und dem Frequenzverhältnisparameter n_s (d. h. der Slavezählerzustand), um die Abweichung beim Schnittwinkel, (gemäß der zweiten Ausführungsform) oder den Schnittwinkel (gemäß der ersten Ausführungsform) zu bestimmen, wenn die Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung FRDM realisiert wird, wie in 8 gezeigt ist.
  • Wie in 17b für die Temperatur von 25°C gezeigt, besteht nach einiger Zeit von 5000 μs eine detektierbare Abweichung bei den Werten n_m und n_s. 17c zeigt die gleiche Beziehung für die Temperatur 45°C. Die Werte sind in 17a aufgelistet. Somit zeigt 17 an, dass eine gewisse Zeit derart benötigt wird, dass eine Differenz in Zählerwerten detektierbar ist. Natürlich wird dies ebenso abhängig sein von der verwendeten Frequenz (die benötigte Zeit zum Erreichen eines gewissen Zählerzustandes hängt offensichtlich von der Frequenz ab), der tatsächlichen Schnittwinkeldifferenz, dem Grad und Typ von Abweichung und der Detektierungsauflösung für n_s. Zum Beispiel ist in 17b eine Zeit von 2000 μs nur hinreichend, wenn der Parameter n_s mit einer sehr hohen Auflösung aufgelöst werden kann, während bei 5000 μs eine niedrige Auflösung verwendet werden kann. Ein Fachmann kann die geeignete Auflösung abhängig von der Frequenz der Oszillatoren und dem Grad und Typ der Abweichung der zwei Temperaturcharakteristiken (abgestimmt unter gegenseitiger Berücksichtigung gemäß der ersten Ausführungsform) oder der Schnittwinkel (zweite Ausführungsform) ableiten.
  • Weiterhin sollte bemerkt werden, dass in der obigen Ausführungsform angenommen worden ist, dass die linearen Koeffizienten a1, a1_m, a1_s konstant über dem Temperaturbereich sind, der jeweils zum Bestimmen des Schnittwinkels oder der Identität des Schnittwinkels gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass die erste und zweite Ausführungsform ebenso verwendet werden kann, wenn der lineare Koeffizient konstant über dem Temperaturbereich ist, d. h. wenn der lineare Koeffizient ebenso eine Temperaturabhängigkeit wie a1 = f(T) aufweist. In diesem Fall ist es möglich den betrachteten Temperaturbereich in Untertemperaturbereiche zu unterteilen, in denen der lineare Koeffizient jeweils konstant angenommen wird, und um den jeweiligen obigen Vorgang in den Untertemperaturbereichen auszuführen.
  • Weitere Ausführungsformen/Vorteile
  • Wie oben erklärt, nimmt die Frequenzverhältnisparameterbestimmung basierend auf Gleichung (4.1) an, dass die Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik hauptsächlich durch die Temperaturcharakteristiken der Kristalle beeinflusst wird. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass Gleichung (4.1) ebenso modifiziert werden kann, um andere Komponenten in den Oszillatoren in Betracht zu ziehen, die zusätzlich die Temperaturcharakteristik beeinflussen. Daher ist die Erfindung nicht beschränkt auf den speziellen Fall, bei dem die Temperaturcharakteristik gänzlich nur durch die Temperaturcharakteristik der Kristalle beeinflusst wird und kann ebenso auf den allgemeinen Fall angewendet werden, bei dem die Temperaturcharakteristik ebenso von anderen Faktoren abhängig ist.
  • Die Temperaturkompensierungstechnik kann, zum Betrieb mit einer ersten und wenigstens einer zweiten Referenzfrequenz, insbesondere vorteilhaft in Teilnehmerstationen von einem Telekommunikationssystem verwendet werden (z. B. ein Mobiltelefon). Zum Beispiel können Dual-Modebetriebsstationen mit zwei Frequenzen für das GSM und GPS-System (13 MHz/24,5525 MHz) von der Temperaturkompensierung einen Nutzen ziehen, wenn zwei unterschiedliche Oszillatoren verwendet werden. Im Allgemeinen kann die Teilnehmerstation eine Vielfachstandard-Kommunikationsvorrichtung sein, d. h. eine Vorrichtung, die in der Lage ist gemäß mehr als einem Standard zu arbeiten. Ein Beispiel ist eine Dual- oder Tripple-Mode-Vorrichtung oder Mobilstation oder ein GPS beinhaltendes GSM Mobiltelefon, oder ein WELT beinhaltendes GSM Mobiltelefon. Die Standards, die die gleichen oder unterschiedliche Kristalloszillatorfrequenzen erfordern können, können z. B. in Mobilkommunikationen der GSM 999, GM 1800 oder GSM 1900 (GSM Standards), AMPS, DAMPS, PDC, CWMA, WCDMA oder UMTS Standards und/oder z. B. in Positionierungsvorrichtungen GPS, Glonass, EGNOS, WAAS oder deren Kombinationen beinhalten.
  • Viele Vorteile können durch derartige Temperaturkompensationstechnik erreicht werden. Zuerst können alle anfänglichen Justierungen bei Raumtemperatur gemacht werden, d. h., es wird kein Temperaturzyklus benötigt, was somit Kosten spart. Alles Abstimmen kann digital durchgeführt werden, z. B. sind keine laser-getrimmten Widerstandsnetzwerke notwendig. Der Berechnungs/Kalibrierungsmodus eines Betriebs benötigt keine zusätzliche externe Ausrüstung. Das Konzept erfordert nur "einfache" Schaltkreiskomponenten, wie Zähler und einen Temperaturfühler. In einem Mobiltelefon können Zähler schon durch bestehende Teile eines PLL Schaltkreises vorhanden sein, und somit können diese Teile als einfache Zähler für die Temperaturkompensationstechnik in 8 verwendet werden. In den meisten Mobilanwendungen werden Temperaturfühler schon gebraucht, die für das Verstimmen der Frequenzcharakteristik verwendet werden können. Ebenso können hinreichende Verarbeitungsleistung und EEPROM-Slaves wiederverwendet werden.
  • Die Genauigkeit der Temperaturkompensierung ist offensichtlich durch die Differenz bei Schnittwinkeln der Kristalle und nicht durch die absoluten Werte bestimmt. Es ist viel leichter (und somit billiger) Kristalle von der gleichen Scheibe Rohmaterial zu bekommen, die eher in den Schnittwinkeln übereinstimmen als Scheiben, die exakt auf einen absoluten Winkel geschnitten sind. Das gleiche trifft für die verbliebenen Schaltkreise des Oszillators (speziell Abstimmelemente) zu. Die Genauigkeit der Differenz in einem Schnittwinkel kann durch den Kalibrierungsvorgang, der keine zusätzliche Hardware erfordert, verbessert werden. Daher kann dies zuerst in dem Kalibrierungsmodus bestimmt werden, auch wenn der Schnittwinkel nicht identisch sein sollte, und dann kann diese relative Abweichung in dem Berechnungsmodus zum Bestimmen der absoluten Winkel verwendet werden. Es ist günstiger Kristalle mit dem gleichen Schnittwinkel zu produzieren (Vorteil von einer höheren Qualität) als Kristalle mit einer definierten Differenz bei einem Schnittwinkel herzustellen.
  • Die Kristallspezifikationen können unter Berücksichtigung der Frequenzabweichung über eine Temperatur gelockert werden, was ebenso Kosten reduziert. Wie oben erklärt, waren in Dual-Modus-Anwendungen jedenfalls zwei unterschiedliche Referenzfrequenzen erforderlich, Master- und Slaveoszillatorfrequenzen werden gemäß dem Standard ausgewählt. Anstelle von zwei separaten Kristalloszillatoren, die separat temperaturkompensiert werden müssen, findet Temperaturkompensation für beide Oszillatoren, die den Kristall von dem gleichen Stapel haben, in einem einzelnen Schritt statt.
  • Übereinstimmende Kristalle werden ebenso in einem Gehäuse geliefert, d. h. niedrigere Kosten für Verpackung. Die Erfindung kann ebenso Grundlage für völlig integrierte Referenzquellen sein, da sich eine Genauigkeit des Systems eher auf relative Werte, als auf absolute Werte bezieht (Schnittwinkel, aktiver Teil eines Oszillators). Weiterhin ist die Abschätzung und somit die Kompensierung der temperaturabhängigen Frequenzdrift, wie beschrieben, natürlich nicht auf AT-geschnittene Kristalle begrenzt und kann auch auf andere Kristalltypen ausgedehnt werden.
  • Schließlich ist ein größerer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass es nicht notwendig ist, einen anfänglichen Schwenk über die gesamte Temperatur auszuführen, um zu kalibrieren.
  • Während in den oben beschriebenen Beispielen die Frequenzabstimmung mit spezifischen Beispielen beschrieben worden ist, die sich auf das Verwenden von Spannungen zum Abstimmen der Frequenzen beziehen, wird bemerkt, das jeder andere Typ von Frequenzjustierung verwendet werden kann, z. B. eine Stromsteuerung der Frequenz der Oszillatoren. Daher sind alle für Spannungssteuerung oben gemachten Beschreibungen gleich gut für Stromsteuerung anwendbar.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Natürlich ist die Erfindung nicht auf jede Anwendung bei Telekommunikationen beschränkt und kann in anderen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen zwei Oszillatoren mit Kristallen verwendet werden. Weiterhin sollte verstanden werden, dass, obwohl die Erfindung oben in Bezug auf das Anpassen von zwei Kristallen beschrieben worden ist, jedes andere Bauteil in einem Oszillator anstelle der Kristalle verwendet werden kann, um eine ähnliche Temperaturkompensierungstechnik durchzuführen.
  • Weiterhin ist die Erfindung natürlich nicht auf die spezielle Ausführungsformen und darin enthaltener Lehren beschränkt, und der Fachmann kann weitere Modifikationen und Variationen auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung ausführen. Darüber hinaus ist die Erfindung ebenso nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und weitere Ausführungsformen der Erfindung können Merkmale enthalten, die separat in den Ansprüchen und in der Beschreibung aufgeführt sind.
  • Der Schutzbereich der Erfindung ist nur durch die anhängenden Ansprüche begrenzt. Bezugszeichen in diesen Ansprüchen dienen nur zu Darstellungszwecken und begrenzen nicht den Schutzbereich.

Claims (25)

  1. Vorrichtung zum Temperaturkompensieren über ein Bestimmen des Schnittwinkels (dphi) von Kristallen (ms, sc), die in Oszillatoren (s, m) verwendet werden, umfassend: a) einen ersten Kristalloszillator (m), der einen ersten Kristall (mc) beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist, und der eine erste Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist, der angepasst ist, um eine erste Schwingfrequenz (f_m) mit einer ersten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_m/fc_m) auszugeben, die durch die erste Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik bestimmt ist, und der eine erste Abstimmungseinrichtung (MTM, D1m) beinhaltet, zum Abstimmen der ersten Schwingfrequenz (f_m) in Reaktion auf ein erstes Steuerungssignal (m_ctl), wobei die erste Abstimmungseinrichtung (MTM, D1m) die ersts Schwingfrequenz (f_m) auf eine vorbestimmte erste Mittenfrequenz (fc_m) abstimmt, wenn das erste Steuerungssignal einen ersten voreingestellten Wert aufweist; b) wenigstens einen zweiten Kristalloszillator (s), der einen zweiten Kristall (sc) beinhaltet, der unter dem gleichen Winkel wie der erste Kristall (mc) geschnitten ist, und der somit die gleiche Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik wie der erste Kristall (mc) aufweist, der angepasst ist, um eine zweite Schwingfrequenz (f_s) einer zweiten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_s/fc_s) auszugeben, und der eine zweite Abstimmungseinrichtung (STM; FSTM, D1s; SSTM, D2s) beinhaltet, zum Abstimmen der zweiten Schwingfrequenz (f_s) in Reaktion auf ein zweites und drittes Steuerungssignal (s1_ctl, s2_ctl), wobei die zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, D1s) die zweite Schwingfrequenz (f_s) auf eine vorbestimmte zweite Mittenfrequenz (fc_s) abstimmt, wenn das zweite Steuerungssignal einen zweiten voreingestellten Wert aufweist; und die zweite Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik identisch zu der ersten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik ist, wenn das dritte Steuerungssignal ausgeschaltet ist und zu dieser unabgestimmt ist, wenn es eingeschaltet ist; c) eine zweite Kristalloszillatoreinstelleinrichtung (SSET) zum Einschalten und Einstellen des dritten Steuerungssignals (s2_ctl) auf einen Steuerungswert in Abhängigkeit von einer Temperatur; d) eine Verarbeitungseinrichtung (pm), die einer erste/zweite Steuerungssignaleinstelleinrichtung (MS-SET) zum Einstellen des ersten Steuerungssignals und des zweiten Steuerungssignals auf ihre voreingestellten Werte beinhaltet; wenigstens eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung (FRDM; mct, sct) zum Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters (n_s) beinhaltet, der dass das Frequenzverhältnis der zweiten Schwingfrequenz (f_s) zu der ersten Schwingfrequenz (f_m) repräsentiert, wenn das erste und das zweite Steuerungssignal auf ihre voreingestellten Werte eingestellt sind und das dritte Signal ausgeschaltet ist und auf den Steuerungswert eingestellt ist, der zu dem Temperaturwert gehört; eine Speichereinrichtung (EEPROM, MEM, MEM') beinhaltet, zum Speichern einer bekannten Beziehung (6.7) des, Frequenzverhältnisparameters in Abhängigkeit von der Temperatur (T) und des Schnittwinkels; und eine Zugriffseinrichtung (AC) beinhaltet, zum Zugreifen auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) mit der Temperatur und dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter (n_s) und zum Auslesen des dazugehörigen Schnittwinkels.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, D1s; SSTM, D2s) eine erste und zweite Abstimmungseinheit (FSTM, D1s; SSTM, D2s) umfasst, wobei die erste Abstimmungseinheit (FSTM, D11a) durch das zweite Steuerungssignal (s1_ctl) gesteuert wird und die zweite Abstimmungseinheit (SSTM, D2s) durch das dritte Steuerungssignal (s2_ctl) gesteuert wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, der erste Kristall (mc) und der zweite Kristall (sc) von dem gleichen Stapel genommen werden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) angepasst ist, um eine Verweistabelle (6.3) zu speichern, die vorberechnete Werte enthält, die den Frequenzverhältnisparameter (n_s) der ersten zu der zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel (dphi) und der Temperatur (T) gemäß der unabgestimmten zweiten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik repräsentiert; wobei die Zugriffseinrichtung (AC) angepasst ist, um auf die Speichereinrichtung (MEM) mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter und dem vorbestimmten Temperaturwert (T) zuzugreifen, und um den Schnittwinkel auszulesen, der zu dem Temperaturwert und einem gespeicherten Frequenzverhältnisparameter gehört, der eine nächste Übereinstimmung zu dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung (FRDM, mct, sct) umfasst: – einen ersten Zähler (mct) zum Zählen der ersten Schwingfrequenz (f_m) Impulse des ersten Kristalloszillators (m), – wenigstens einen zweiten Zähler (sct) zum Zählern der zweiten Schwingfrequenz (f - s)-Impulse des zweiten Kristalloszillators (s), und – eine Maximumvergleichseinrichtung (MAX-CPM) zum Vergleichen des ersten Zählerzählwertes (n_m) mit einem vorbestimmten Maximalwert (n_mmax), – wobei die Verarbeitungseinrichtung (PM) weiterhin eine Rücksetz-/Ausleseeinrichtung (RST-ROUT) umfasst, die angepasst ist, um den zweiten Zählerzählwert (n_s) als den Frequenzverhältnisparameter (n_s) auszulesen, wenn die Maximumvergleichseinrichtung (CMP) detektiert, dass der erste Zählerzählwert den Maximalwert erreicht hat und zum Zurücksetzen des ersten und des zweiten Zählers (mct, sct), – wobei die Zugriffseinrichtung (AC) auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) mit dem Temperaturwert und dem ausgelesenen zweiten Zählerzählwert (n_s) zugreift.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (MEM') weiterhin angepasst ist, um eine Beziehung (4a.1) der temperaturabhängigen Resonanzfrequenzcharakteristik des Kristalls in Abhängigkeit von der Temperatur und des Schnittwinkels zu speichern, wobei die Verarbeitungseinrichtung (PM) weiterhin eine Frequenzabweichungsbestimmungseinrichtung (FDDM) umfasst, die angepasst ist, um aus der Speichereinrichtung (MEM) eine Frequenzabweichung (FD) in Abhängigkeit von dem bestimmten Schnittwinkel und eines Umgebungstemperaturwertes, der durch einen Temperatursensor (TSEN) gemessen wird, auszulesen; wobei die zweite Kristalloszillatoreinstelleinrichtung (S-SET) angepasst ist, um das dritte Steuerungssignal auszuschalten und die erste/zweite Steuerungssignaleinstelleinrichtung (MS-SET) angepasst ist, um das erste Steuerungssignal und das zweite Steuerungssignal auf einen Wert einzustellen, der zu der ausgelesenen Frequenzabweichung zum Abstimmen des ersten und des zweiten Kristalloszillators (ms) zurück auf ihre Mittenfrequenzen gehört.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abstimmungseinheit (MTM) einen spannungsabstimmbaren Kondensator (D1m) umfasst, wobei das erste Steuerungssignal (m_ctl) ein Spannungssignal ist, das eine vorbestimmte Spannungshöhe aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide, die erste und die zweite Abstimmungseinheit (FSTM, SSTM) einen spannungsabstimmbaren Kondensator (D1s, D2s) umfassen, wobei das zweite und dritte Steuerungssignal (s1_ctl; s2_ctl) Spannungssignale sind, die vorbestimmte Spannungshöhen aufweisen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, SSTM) durch einen einzelnen spannungsabstimmbaren Kondensator (D1s) gebildet ist, wobei das zweite und dritte Steuerungssignal (s1_ctl, s2_ctl) Spannungssignale sind, und durch ein Spannungskombiniernetzwerk (ADD), das die zweite und dritte Steuerspannung (s1_ctl, s2_ctl) kombiniert, um eine einzelne Steuerspannung (s_ctl) für den einzelnen spannungsabstimmbaren Kondensator (D1s) zu bilden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, eine Vielzahl von zweiten Kristalloszillatoren (si), eine Vielzahl von Frequenzverhältnisbestimmungsseinrichtungen (FRDMi) und eine Durchschnittsbildungseinrichtung (AV) zum Bilden eines Durchschnitts der Vielzahl von bestimmten Frequenzverhältnisparametern, wobei die Zugriffseinrichtung (AC) auf die Speichereinrichtung (MEM; EPROM) mit einem durchschnittlichen Frequenzverhältnisparameter zugreift.
  11. Vorrichtung zum Bestimmen der Identität des Schnittwinkels (dphi) von Kristallen (mc, sc), die in Oszillatoren (s, m) verwendet werden, umfassend: a) einen ersten Kristalloszillator (m), der einen ersten Kristall (mc) beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist und der eine erste Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist, der angepasst ist, um eine erste Schwingfrequenz (f_m) mit einer ersten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_m/fc_m) auszugeben, die durch die erste Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik bestimmt ist, und der eine erste Abstimmungseinrichtung (MTM, D1m) beinhaltet, zum Abstimmen der ersten Schwingfrequenz (f_m) in Reaktion auf ein erstes Steuerungssignal (m_ctl), wobei die erste Abstimmungseinrichtung (MTM; D1m) die erste Schwingfrequenz (f_m) auf eine vorbestimmte erste Mittenfrequenz (fc_m) abstimmt, wenn das erste Steuerungssignal einen ersten voreingestellten Wert aufweist; b) einen zweiten Kristalloszillator (s), der einen zweiten Kristall (sc) beinhaltet, der unter einem Winkel geschnitten ist, und der eine Resonanzfrequenz-Temperaturcharakteristik aufweist; der angepasst ist, um eine zweite Schwingfrequenz (f_s) mit einer zweiten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_s/fc_s) auszugeben; und der eine zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, D1s; SSTM, D2s) beinhaltet, zum Abstimmen der zweiten Schwingfrequenz (f_s) in Reaktion auf ein zweites Steuerungssignal (s1_ctl), wobei die zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, D1s) die zweite Schwingfrequenz (f_s) auf eine vorbestimmte zweite Mittenfrequenz (fc_s) abstimmt, wenn das zweite Steuerungssignal einen zweiten voreingestellten Wert aufweist; c) wobei die zweite Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik sich von der ersten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik in Folge einer Differenz des Schneidwinkels des ersten und zweiten Kristalls unterscheiden; d) eine Verarbeitungseinrichtung (PM), die eine erste/zweite Steuerungssignaleinstellungseinrichtung (MS-SET) zum Einstellen des ersten Steuerungssignals und des zweiten Steuerungssignals auf ihre voreingestellten Werte beinhaltet; die eine Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung (FRDM; mct, sct) zum Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters (n_s) beinhaltet, die das Frequenzverhältnis der zweiten Schwingfrequenz (f_s) zu der ersten Schwingfrequenz (f_m) bei einer Messtemperatur (Tmeas, Tset) repräsentiert, die sich von der Lastpunkttemperatur (Tinv) des Kristalls unterscheidet; die eine Speichereinrichtung (EEPRPM, MEM, MEM') zum Speichern einer bekannten Beziehung des Frequenzverhältnisparameters (n_s) beinhaltet, die abhängig ist von dem Schnittwinkel (dphi_m) des ersten Kristalls (mc) und dem Schnittwinkel (dphis) des zweiten Kristalls (sc) bei der Messtemperatur; die eine Zugriffseinrichtung (CAL, AC) beinhaltet, zum Zugreifen auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM, MEM') mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter (n_s), und zum Auslesen des Schnittwinkels des ersten und zweiten dazugehörigen Kristalls; und die eine Kalibrierungseinrichtung (CAL) zum Bestimmen der Identität des Schnittwinkels auf der Basis der ausgelesenen Schnittwinkel des ersten und zweiten Kristalls beinhaltet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Temperaturanwendungseinrichtung (HEAT) zum Anlegen der Messtemperatur an sowohl den ersten als auch den zweiten Oszillator (m, s), um den Oszillator der Messtemperatur (z. B. t = 45°C) auszusetzen und/oder eine Temperaturmesseinrichtung (TSEN) zum Bestimmen der laufenden Umgebungstemperatur als die Messtemperatur (Tmeas).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (EEPRPM, MEM, MEM') angepasst ist, um eine Verweistabelle (16b) zu speichern, die vorberechnete Werte enthält, die den Frequenzverhältnisparameter (n_s) der ersten zu der zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel (dphi) des ersten und des zweiten Kristalls bei der Messtemperatur (Tset, Tmeas) bei der Messtemperatur gemäß der ersten und zweiten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik repräsentieren; wobei die Zugriffseinrichtung (AS) angepasst ist, um auf die Speichereinrichtung (MEM) mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter zuzugreifen, der bei der Messtemperatur bestimmt ist, und um den ersten und zweiten Schnittwinkel bei einem gespeicherten Frequenzverhältnisparameter auszulesen, der eine nächste Übereinstimmung zu dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter bei der Messtemperatur aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzverhältnisbestimmungseinrichtung (FRDM, mct, sct) umfasst: – einen ersten Zähler (mct) zum Zählen der ersten Schwingfrequenz (f_m) Impulse des ersten Kristalloszillators (m), – wenigstens einen zweiten Zähler (sct) zum Zählen der zweiten Schwingfrequenz (f_s) Impulse des zweiten Kristalloszillators (s), und – eine Maximumvergleichseinrichtung (MAX-CPM) zum Vergleichen des ersten Zählerzählwertes (n m) mit einem vorbestimmten Maximalwert (n_mmax), – wobei die Verarbeitungseinheit (PM) weiterhin eine Rücksetz-/Ausleseeinrichtung (RST-ROUT) umfasst, die angepasst ist, um den zweiten Zählerzählwert (n_s) als den Frequenzverhältnisparameter (n_s) auszulesen, wenn die Maximumvergleichseinrichtung (CMP) detektiert, dass der erste Zählerzählwert den Maximalwert erreicht hat und zum Zurücksetzen des ersten und des zweiten Zählers (mct, sct), – wobei die Zugriffseinrichtung (AC) auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) und den ausgelesenen zweiten Zählerzählwert (n_s) zugreift.
  15. Verfahren zum Temperaturkompensieren über ein Bestimmen des Schnittwinkels (dphi) von Kristallen (mc, sc), wobei die Kristalle unter dem gleichen Winkel geschnitten werden und in einem ersten und wenigstens einem zweiten Kristalloszillator (s, m) verwendet werden, der eine erste Abstimmungseinrichtung (MTM, D1m) und eine zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, SSTM, D1s, D2s) zum Abstimmen der ersten und zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) aufweist gemäß eines ersten und eines zweiten und eines dritten Steuerungssignals, wobei die erste Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_m/fc_m) und die zweite Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik (df_s/fc_s) identisch sind, wenn das dritte Steuerungssignal ausgeschaltet ist und unterschiedlich sind, wenn das dritte Steuerungssignal eingeschaltet ist, die folgenden Schritte umfassend: a) Speichern (S1) einer bekannten Beziehung (6.7) eines Frequenzverhältnisparameters (n_s) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) und dem Schnittwinkeln in einer Speichereinrichtung (EEPROM, MEM); b) Ausschalten (S2) des dritten Steuerungssignals und Abstimmen der ersten und der zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) auf ihre Mittenfrequenzen durch Einstellen des ersten und des zweiten Steuerungssignals auf voreingestellte Werte; c) Einschalten (S3) des dritten Steuerungssignals (SSTM, D2s) und Einstellen des dritten Steuerungssignals auf einen Steuerungswert in Abhängigkeit von einer Temperatur; d) Messen (S4) der ersten Schwingfrequenz (f_m) und der zweiten Schwingfrequenz (f_s) und Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters (n_s), der das Verhältnis der zweiten zu der ersten Schwingfrequenz repräsentiert; e) Zugreifen (S5) auf die Speichereinrichtung (MEM) mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter (n_s) und der Temperatur und auslesen des dazugehörigen Schnittwinkels.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Speichern einer Verweistabelle (6.3) in der Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) in Schritt a), die vorberechnete Werte enthält, die den Frequenzverhältnisparameter (n_s) der ersten und der zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel (dphi) und der Temperatur (T) gemäß der unabgestimmten zweiten Schwingfrequenz-Temperaturcharakteristik repräsentiert; und Zugreifen auf die Speichereinrichtung (MEM) in Schritt e) mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter und der Temperatur (T) und Auslesen des Schnittwinkels, der zu dem Temperaturwert und einem gespeicherten Frequenzverhältnisparameter gehört, der die nächste Übereinstimmung zu dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) (S4) die folgenden Schritte zum Bestimmen des Frequenzverhältnisparameters umfasst: – Zählen (S41) der ersten Schwingfrequenz (fc_m) Impulse des ersten Kristalloszillators (m) durch einen ersten Zähler (mct); und – Zählen (S41) der zweiten Schwingfrequenz (f_s) Impulse des wenigstens einen zweiten Kristalloszillators (s) durch einen zweiten Zähler (sct), – Vergleichen (S51) des ersten Zählerzählwertes (Zähler Ausgang m1) mit einem vorbestimmten Maximalwert (Zähler_Zustand max) durch eine Maximumvergleichseinrichtung (MAX-CPM), – Auslesen (S52) des zweiten Zählerzählwertes (n_s) als den Frequenzverhältnisparameter (n_s), wenn die Maximumvergleichseinrichtung (MAX-CMP) detektiert, dass der erste Zählerzählwert den Maximalwert erreicht hat und Zurücksetzen des ersten und des zweiten Zählers (mct, sct), und – Zugreifen auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM) mit dem Temperaturwert und dem ausgelesenen zweiten Zählerzählwert (n_s).
  18. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Speichern in Schritt a) einer Beziehung der temperaturabhängigen Resonanzfrequenzcharakteristik (Tafel 4a.1) des Kristalls in Abhängigkeit von Temperatur und dem Schnittwinkel, und Auslesen (S6) aus der Speichereinrichtung (MEM) nach dem Schritt e) einer Frequenzabweichung (FD) in Abhängigkeit von dem bestimmten Schnittwinkel und eines Umgebungstemperaturwertes, der durch einen Temperatursensor (TSEN) gemessen wird,; Ausschalten (S6) des dritten Steuerungssignals und Einstellen des ersten Steuerungssignals und des zweiten Steuerungssignals auf einen Wert, der zu der Ausgelesenen Frequenzabweichung gehört, um den ersten und den zweiten Kristalloszillator (ms) auf ihre Mittenfrequenzen zurück abzustimmen.
  19. Verfahren zum Bestimmen der Identität des Schnittwinkels (dphi) des Kristalls (ms,sc), der in einem ersten und einem zweiten Kristalloszillator (s, m) verwendet wird, und eine erste Abstimmungseinrichtung (MTM, D1m) und eine zweite Abstimmungseinrichtung (FSTM, SSTM, D1s, D2s) zum Abstimmen der ersten und der zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) gemäß eines ersten und eines zweiten Steuerungssignals aufweist, die folgenden Schritte umfassend: a) Einstellen (S2') des ersten Steuerungssignals und des zweiten Steuerungssignals auf voreingestellte Werte zum Abstimmen der ersten und zweiten Schwingfrequenz (f_m, f_s) auf ihre Mittenfrequenzen; b) Speichern (S3') einer bekannten Beziehung des Frequenzverhältnisparameters (n_s) in Abhängigkeit von dem Schnittwinkel (dphi-m) des ersten Kristalls (mc) und des Schnittwinkels (dphi-s) des zweiten Kristalls (sc) bei einer Messtemperatur in einer Speichereinrichtung (EEPROM, MEM, MEM'), wobei die Schnittwinkel unterschiedlich sind; c) Messen (S7, S4) der ersten Schwingfrequenz (f_m) und der zweiten Schwingfrequenz (f_s) und Bestimmen eines Frequenzverhältnisparameters (n_s), der das Verhältnis der zweiten zu der ersten Schwingfrequenz bei einer Messtemperatur (Tm easTset) repräsentiert, die sich von der Lastpunkttemperatur (Tinv) des Kristalls unterscheidet; d) Zugreifen (S5') auf die Speichereinrichtung (EEPROM, MEM, MEM') mit dem bestimmten Frequenzverhältnisparameter (n_s) und Auslesen des Schnittwinkels der dazugehörigen ersten und zweiten Kristalls; und e) Bestimmen (59) der Identität des Schnittwinkels auf der Basis der ausgelesenen Schnittwinkel des ersten und zweiten Kristalls.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtemperatur (Tmeas, die temperaturgemessene (TSEN; S7) Umgebungstemperatur ist oder die Temperatur (Tset) ist, die auf die Oszillatoren mittels einer Temperaturanwendungseinrichtung (HEAT) eingestellt ist (S7).
  21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Identität der Schnittwinkel durch Berechnen der Differenz der bestimmten Schnittwinkel bestimmt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Identität der Schnittwinkel durch Berechnen des Verhältnisses der bestimmten Schnittwinkel bestimmt wird.
  23. Teilnehmerstation eines Telekommunikationssystems zum Betreiben mit einer ersten und wenigstens einer zweiten Frequenz, welche eine Vorrichtung gemäß einem oder mehrer der Ansprüche 1 bis 14 beinhaltet, wobei der erste Kristalloszillator und der wenigstens eine zweite Kristalloszillator die erste und die wenigstens eine zweite Frequenz bereitstellen.
  24. Teilnehmerstation nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerstation eine Mehrfachstandardkommunikationsvorrichtung ist.
  25. Teilnehmerstation nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachstandardkommunikationsvorrichtung ein Dualmodus oder Dreifachmodusmobiltelefon, ein GSM Mobiltelefon, welches GPS beinhaltet, oder ein GSM Mobiltelefon, welches DECT beinhaltet, ist.
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