KR0130852B1 - 디지탈 온도 보상 수정 발진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도변화에 따른 수정진동자의 주파수 특성의 변화를 디지탈화하여 보상하는 디지탈 온도 보상 수정 발진기에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 무선통신기기에 포함되어 소정의 기준 주파수를 제공하고 온도변화에 따라 변화되는 수정진동자의 발진특성을 적응적으로 보상하는 온도보상 수정발진기에 있어서, 주위의 온도변화를 감지하는 센서수단과, 상기 센서부에 의해 감지된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 제 1 변환부와 상기 디지탈 신호에 따라 상기 온도변화를 보상하도록 처리하는 처리부 및 상기 처리부에서 처리되어 온도 보상된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 제 2 변환부를 구비한 제어수단, 및 상기 보상된 아날로그 신호에 따라 소정의 기준 주파수를 발생하는 발진부를 구비하여 된 것에 그 특징이 있다.

Description

디지탈 온도 보상 수정 발진기

제 1 도는 종래 아날로그 온도보상 수정발진기를 도시한 개략적인 구성도.

제 2 도는 수정발진기의 온도변화에 따른 주파수 변화 특성을 도시한 개략적인 그래프.

제 3 도는 본 발명에 따른 디지탈 온도보상 수정발진기를 도시한 블록 구성도.

제 4 도는 본 발명에 따른 디지탈 온도보상 수정발진기를 도시한 상세회로도.

제 5 도는 본 발명에 따른 디지탈 온도보상 수정발진기를 패키지 형태를 도시한 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 센서부, 30 : 정보입력부,

40 : 발진부,41 : 수정진동자,

42 : 바릭터 다이오드, 50 : 제어부.

본 발명은 온도보상 수정발진기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 온도변화에 따른 수정진동자의 주파수 특성의 변화를 디지탈화하여 보상하는 디지탈 온도보상 수정발진기에 관한 것이다.

최근 무선통신기기에 관한 기술개발이 활발하게 진행되고 있으며, 무선통신기기에 대한 수요가 폭넓게 증가하고 있는데, 특히 무선통신기기의 중추적 역할을 하는 RF 핵심부품의 개발에 관심이 집중되고 있다. 상기 RF부품중에서 기준 주파수를 제공하는 온도보상 수정발진기가 무선통신기기의 성능 및 기능에 중요한 역할을 하는데, 이를 제 1 도에 나타내 보였다.

제 1 도를 참조하면, 종래의 온도보상 수정발진기는 직렬로 접속된 주파수 조정용 콘덴서(8)와 온도 보상용 저항(7)이 수정진동자(4)의 일측에 접속되어 있고, 상기 수정진동자(4)와 바이어스 저항(1) 및 제 1 반전기(2)가 병렬로 접속되어 있고, 상기 수정진동자(4) 양단에는 주파수 조정용 콘덴서(5,6)가 접속되어 있으며, 제 1 반전기(2) 출력단에 제 2 반전기(3)가 접속되어 온도보상 수정발진기(10)를 구성하고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 온도보상 수정발진기(10)는 제 1 반전기(2)의 출력단이 평균5V 부근에서 0.7V까지 변화될 때, 노이즈(noise) 성분이 발생하지만, 그 중에서 수정진동자(4)의 고유발진 성분만 제 1 반전기(2)의 입력단에 입력되어 발진을 계속한다. 제 2 반전기(3)는 버퍼역할을 하여 발진이 안정되도록 한다. 이때, 주위온도가 변화하면, 제 2 도에 도시되어 있는 바와 같이 수정진동자(4)의 발진특성이 변화하게 되고, 이에 따라 제 2 반전기(3)에서 출력되는 소정의 기준 주파수가 변화하게 된다. 즉, 수정진동자(4)는 온도변화에 따라 요구되는 기준 주파수에서 벗어난 주파수를 출력하게 되는데, 이와 같은 변화된 주파수를 온도 보상용 저항(7)이 보상하게 된다. 이를 제 2 도를 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

주위의 온도가 기준온도(t0)보다 높아지면, 수정진동자(4)의 출력 주파수는 높아지게 되지만, 부성저항특성을 갖는 온도 보상용 저항(7)의 저항치는 작아지게 된다. 마찬가지로 주위의 온도가 기준온도(t0)보다 작아지면 수정진동자(4)의 출력 주파수는 낮아지게 되지만 온도 보상용 저항(7)의 저항치는 크게 된다. 따라서 수정진동자(4)의 출력 주파수가 주위 온도의 변화에 따라 변화하면, 상기 수정진동자(4)의 출력 주파수 특성 곡선과 반대로 변화하는 온도 보상용 저항(7)의 저항 특성이 상기 변화된 주파수를 보상하여 상기 주파수의 변화폭을 소정 범위내로 유지시키게 되는 것이다.

그런데 종래의 온도보상 수정발진기는 온도 보상용 저항(7)으로 수정진동자(4)를 전 온도범위내에서 보상하기 곤란하며, 수정진동자(4)의 주파수 곡선 각도의 변화에 대하여 상기 온도 보상용 저항(4)이 적응적으로 대응할 수 없으며, 외부 온도변화에도 적절하게 대응할 수 없는 문제점이 있었다. 즉 종래 온도보상 수정발진기의 주파수에 대한 안정도는 대략 2.5ppm으로서 고성능 무선통신기기에서 요구하는 주파수 안정도 대략 1ppm을 만족시키지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 온도변화에 따른 수정진동자의 특성변화를 수직적으로 모델링하고 데이타 데이블하여 온도변화에 따른 주파수 변화를 적응적으로 보상할 수 있도록 한 온도보상 수정발진기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기는 무선통신기기에 포함되어 소정의 기준 주파수를 제공하고 온도변화에 따라 변화되는 수정진동자의 발진특성을 적응적으로 보상하는 온도보상 수정발진기에 있어서 주위의 온도변화를 감지하는 센서수단과, 상기 센서부에 의해 감지된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 제 1 변환부와 상기 디지탈 신호에 따라 상기 온도변화를 보상하도록 처리하는 처리부 및 상기 처리부에서 처리되어 온도 보상된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 제 2 변환부를 구비한 제어수단 및 상기 보상된 아날로그 신호에 따라 소정의 기준 주파수를 발생하는 발진부를 구비하여 된 점에 그 특징이 있다.

그리고 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기에 있어서 상기 제어수단은 상기 수정진동자의 온도변화 특성을 모델링한 수식을 연산하여 디지탈 데이타화하고, 상기 디지탈 데이타에 따라 상기 수정진동자의 온도변화 특성을 보상하도록 하는 점에도 그 특징이 있다.

또한 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기에 있어서 상기 제어수단에 상기 모델링 수식과 관련된 소정의 프로그램을 입력시키기 위한 정보입력 수단이 더 구비되어 있는 점에도 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기의 바람직할 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명 온도보상 수정발진기는 온도변화에 따라 그 특성이 변화되는 수정진동자의 주파수특성을 수식으로 모델링하고 이 수식모델에 기초하여 상기 수정진동자의 온도변화 특성을 보상하는 것으로서, 주위의 온도변화를 감지하는 센서부(20)와 상기 센서부(20)에 의해 감지된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 제 1 변환부(52)와 상기 디지탈 신호에 따라 상기 온도변화를 보상하도록 처리하는 처리부(51) 및 상기 처리부(51)에서 처리되어 온도 보상된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 발진부(40)에 출력하는 제 2 변환부(54)를 구비한 제어부(50) 및 상기 아날로그 신호에 따라 소정의 기준 주파수를 발생하는 발진부(40)를 구비하여 구성되어 있다. 여기서 상기 제어부(50)에는 수정진동자(41)의 온도변화 특성을 수식으로 모델링한 방정식이 프로그램되어 저장되며, 본 발명에서 제어부(50)는 마이크로컨트롤러의 다른 명칭으로서 사용된다. 따라서 본 명세서에서 제어부와 마이크로컨트롤러는 혼용되어 사용되어질 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기는 상기 마이크로컨트롤러(50)에 소정의 프로그램을 입력시키기 위한 정보입력부(30)가 구비되는데, 이 정보입력부(30)에는 다수의 입력단자(P1…Pn)가 마련되어 있다. 상기 마이크로컨트롤러(50)는 마이크로칩(사)의 PIC 16C71 또는 이와 동등한 것으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기의 작용 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제 3 도 내지 제 4 도를 참조하면, 수정진동자(41)가 발진하면 발진부(40)는 수정진동자(41)의 발진주파수를 입력받아 종래 기술에서 설명한 바와 같이 소정의 기준 주파수를 생성하여 출력한다. 여기서 출력 주파수는 분주회로(43)에 의해 분주될 수 있으며, 분주된 주파수는 선택스위치부(44)의 선택스위치에 의해 임의로 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명의 발진부(40)는 필요한 주파수를 다중 모드로 제공할 수 있다.

이때 주위온도가 변화하여 수정진동자(41)의 발진 특성이 제 2 도에 도시되어 있는 바와 같이 변화하게 되면, 센서부(20)의 온도 감지용 저항(21)은 상기 주위온도를 감지하여 그 감지 온도를 마이크로컨트롤러(50)의 제 1 변환부(52)에 입력한다. 여기서, 센서부(20)에 의해 감지된 온도값은 아날로그 신호이며, 센서부(20)의 감지온도 범위는 가변저항(22)을 통해 조정될 수 있다.

상기와 같이 주위온도에 대응하는 아날로그 신호가 제 1 변환부(52)에 입력되면 제 1 변환부(52)는 상기 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하고 이 디지탈 신호를 처리부(51)에 입력한다. 여기서 상기 제 1 변환부(52)는 통상적인 A/D변환기로 할 수 있다.

처리부(51)에 입력된 디지탈 신호는 마이크로컨트롤러(50)에 프로그램되어 저장된 연산프로그램에 의해 처리된다. 즉 하기의 공식과 같이 수정진동자(41)의 온도 특성을 모델링한 방적식과 관련하여 처리된다.

Y(t)=A₁(t-t₀)＋A₂(t-t₀)²＋A₃(t-t₀)³

상기 수식에서 A는 매개변수, t는 현재온도(또는, 감지온도), t₀(대략 25℃)는 기준온도이다.

상술한 바와 같이, 감지된 온도(t)와 수정진동자(41)의 온도 변화특성(제 2 도)이 차이난 부분이 마이크로컨트롤러(50)의 프로그램 실행에 의해 보상되는데, 이 프로그램은 수정진동자(41)의 온도변화 특성을 모델링한 방정식을 포함한다. 여기서 상기 프로그램은 정보입력부(30)의 프로그램 입력 제어단자(P0)를 접지(그라운드)시킨 후 정보입력부(30)의 프로그램 입력단자(P1…P2)들을 통해 입력시킬 수 있으며, 프로그램이 입력된 후에는 상기 제어단자(P0)를 오픈(또는 플로팅(floating))하여야 한다. 즉, 프로그램 입력 제어단자(P0)가 접지되면, 각 정보 입력단자(P1…P2)와 접속된 각 저항(R,R2…2ⁿR)도 접지되어 마이크로컨트롤러(50)에서 출력되는 신호가 발진부(40)로 입력되지 않게 되고, 상기 프로그램만 각 정보 입력단자(P1…Pn)을 통해 마이크로컨트롤러(50)에 입력되게 된다. 그리고 상기 입력 제어단자(P0)가 플로팅되면, 각 저항(R,R2…2ⁿR)를 통해 마이크로컨트롤러(50)에서 출력되는 신호가 발진부(40)로 입력된다.

상기 내용을 제 4 도를 참조하면서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제 4 도를 참조하면, 발진저항(61) 및 발진콘덴서(62)에 의하여 발진신호가 발생되어 마이크로컨트롤러(50)가 동작되면, 센서부(20)는 온도 감지저항(21) 및 가변저항(22)을 통해 마이크로컨트롤러(50)의 제 1 변환부(52; 제 3 도)에 외부온도, 즉 전압으로 변환된 아날로그 신호를 입력한다.

마이크로컨트롤러(50)의 제 1 변환부(52)에 입력된 아날로그 신호는 제 1 변환부(52)에서 디지탈 신호로 변환되어 처리부(51; 제 3 도)에 입력된다. 처리부(51)에서는 수정진동자(41)의 온도변화 특성이 보상되도록 하기 위해 수정진동자(41)의 온도 변화특성, 즉 상기 수정진동자(41)의 온도변화 특성을 모델링한 방정식에 따라 상기 디지탈 신호를 처리한다. 여기서 수정진동자(41)의 온도변화 특성 및 센서부(20)에서 감지된 온도 변화 특성을 고려하여 작성된 프로그램은 입력용 단자(P1…Pn)가 마련된 정보입력부(30)에 의해 입력될 수 있다. 마이크로컨트롤러(50)에서 처리된 디지탈 신호는 제 2 변환부(53)에서 아날로그 신호로 변환되고, 저항(R,R2…2ⁿR)을 통해 전압가변 콘덴서(42), 즉 바릭터 다이오드에 인가된다. 따라서 상기 전압가변 콘덴서(42)에 인가되는 아날로그 신호에 의해 수정진동자(41)의 발진특성이 보상되어 발진부(40)에서는 안정된 소정의 기준 주파수가 출력된다.

제 4 도에 도시된 디바이스 중에서 설명되지 않은 IC1,2,3는 반전기이며, R1은 전류조정용 저항, R는 바이어스 저항, C1,2는 주파수 조정용 콘덴서, C3는 신호 연결용 콘덴서이고, 58은 정전원장치이며, R6,7은 마이크로컨트롤러(50)에 프로그램을 저장하기 위한 저항, D1은 상기 프로그램의 실행속도를 증가시키는 다이오드, C5는 충전용 콘덴서이다.

그리고 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기는 제 5 도에 도시되어 있는 바와 같이 패키지화할 수 있는데, 이는 혼성집적회로(하이브리드 IC) 또는 집적회로(IC)의 형태로 하는 것이 바람직하다. 즉, 세라믹기판(72) 또는 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 상기 기판상에 도전체로 도체막을 형성하고 그 위에 도전체를 이용하여 부품을 부착함으로써 전류가 흐르도록 연결하여 구성할 수 있다. 제 5 도에 도시된 온도 보상 수정발진기의 예는 75은 수정진동자가 포함된 발진부, 73은 정보입력부, 74는 제어부로 배치한 형태이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 온도보상 수정발진기는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

첫째, 수정진동자의 온도 특성 변화에 따른 주파수 변화를 모델링 수식으로 구현하고 프로그래밍함으로써 온도변화에 대한 주파수 변동을 안정되게 보상할 수 있다.

둘째, 온도변화에 대한 시스템의 주파수 변경을 프로그램으로 적절하게 보완할 수 있다.

세째, 프로그램 입력용 단자를 구비함으로써 수정진동자 특성에 따른 프로그램을 적응적으로 보완할 수 있다.

네째, 혼성집적회로 또는 집적회로를 구성함으로써 소형화, 경박단소화 할 수 있다.

Claims (6)

1. 무선통신기기에 포함되어 소정의 기준주파수를 제공하고 온도변화에 따라 변화되는 수정진동자의 발진특성을 적응적으로 보상하는 온도보상 수정발진기에 있어서, 주위의 온도변화를 감지하는 센서부(20)와, 상기 센서부(20)에 의해 감지된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 제 1 변환부(52)와 상기 디지탈 신호에 따라 상기 온도변화를 보상하도록 상기 수정진동자(41)의 온도변화특성을 모델링한 수식을 연산하여 디지탈 데이타화하고 상기 디지탈 데이타에 따라 상기 수정진동자(41)의 온도변화특성을 보상처리하는 처리부(51) 및 상기 처리부(51)에서 처리되어 온도 보상된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 제 2 변환부(53)를 구비한 제어수단(50) 및 상기 보상된 아날로그 신호에 따라 소정의 기준주파수를 발생하는 발진부(40)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단(50)에 상기 모델링 수식과 관련된 소정의 프로그램을 입력시키기 위한 정보입력부(30)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변환부(42)는 A/D변환부이고, 상기 제 2 변환부(53)는 D/A변환기인 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.
4. 제 1 항에 있어서 상기 제어수단(50)은 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.
5. 제 1 항에 있어서 상기 발진부(40)는 상기 소정의 기준주파수를 분주하는 분주수단(43) 및 상기 분주수단(43)에 접속되어 분주된 주파수를 선택하여 출력하는 스위치수단(44)을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부(20), 상기 제어수단(50) 및 상기 발진부(70)는 혼성집적회로 또는 집적회로로 된 것을 특징으로 하는 온도보상 수정발진기.