WO2005107057A1 - Method for compensating a temperature-related frequency error of an oscillating quartz - Google Patents

Method for compensating a temperature-related frequency error of an oscillating quartz Download PDF

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WO2005107057A1
WO2005107057A1 PCT/DE2005/000755 DE2005000755W WO2005107057A1 WO 2005107057 A1 WO2005107057 A1 WO 2005107057A1 DE 2005000755 W DE2005000755 W DE 2005000755W WO 2005107057 A1 WO2005107057 A1 WO 2005107057A1
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temperature
circuit
frequency error
dependent
compensation voltage
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PCT/DE2005/000755
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Janos-Gerold Enderlein
Hans-Jürgen Neuhaus
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02Details
    • H03B5/04Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator

Definitions

  • Real Time Clock RTC
  • the frequency-determining component of the real-time clock is usually formed by a quartz crystal in the form of a quartz crystal (fork generator) in a quartz crystal circuit that vibrates in the GSM mobile radio system with a nominal frequency of 32,768 Hz.
  • a quartz crystal in the form of a quartz crystal (fork generator) in a quartz crystal circuit that vibrates in the GSM mobile radio system with a nominal frequency of 32,768 Hz.
  • the requirements of low material and development costs in connection with the smallest possible space consumption of the component must be met.
  • a sufficiently low current consumption of less than 500 nA is required for the real-time clock, in particular for the switched-off mode.
  • a very narrow frequency tolerance of the order of ⁇ 20ppm and a very high frequency stability with respect to temperature fluctuations must be fulfilled for the quartz crystal.
  • the standard in the GSM mobile radio environment is frequency error compensation of the real-time clock by means of a baseband processor, and above all a continuous calibration is carried out with the 13/26 MHz GSM clock used in the GSM system. This can significantly increase the accuracy during GSM operation and the time deviation to less than
  • references from other time sources for example the GPS system or known time transmitters, can be used.
  • the GSM terminals have to be equipped with additional devices and functionalities for the reception and processing of these signal transmitters which are foreign to the GSM system, which in some cases unnecessarily complicates the structure of the devices.
  • a corresponding circuit arrangement is also to be provided.
  • the temperature-dependent frequency error of the quartz crystal is described by a frequency error-temperature curve.
  • the compensation method according to the invention makes use of this fact, which within this temperature interval approximates sections of the frequency error-temperature curve by temperature-dependent characteristics of an electronic circuit. These piece-wise approximations are used to generate a compensation voltage with a temperature-dependent compensation voltage curve.
  • the compensation voltage required to correct the frequency error at a current temperature is determined and generated from this.
  • the compensation voltage determined in this way influences the frequency of the quartz crystal and thus compensates for the temperature-related frequency error of the quartz crystal in the real-time clock.
  • Access to a baseband or connection of a baseband processor is therefore completely eliminated.
  • the frequency error itself is compensated for by the current temperature conditions.
  • This compensation is carried out by the electronic circuit in a self-sufficient manner and is in particular also active and executable when the mobile radio device is switched off, that is to say in particular in a state that is not set up for reception, or in a state characterized by a minimal current consumption.
  • the compensation voltage is generated in a first partial temperature interval with a linearly increasing temperature-dependent profile and in a second partial temperature interval with a linearly decreasing temperature-dependent profile.
  • the rising or falling parabola branches of the frequency error-temperature curve are thus in this embodiment represented by a linearly rising or falling temperature.
  • temperature characteristic of the generated compensation voltage approximated.
  • the compensation voltage is generated by a superposition from two temperature characteristics, in particular the rising and falling temperature characteristics mentioned.
  • the arrangement initially has a temperature-dependent one
  • Electronic circuit generating compensation voltage comprising a temperature-dependent resistor in connection with an electronic switching and amplifying element and furthermore a tuning circuit adjoining an output of the generator circuit for a quartz crystal circuit having the quartz crystal.
  • the temperature-dependent resistance represents the temperature-sensitive component in the generator circuit.
  • the tuning circuit tunes the frequency of the quartz crystal in the quartz crystal circuit in accordance with the compensation voltage and thereby compensates for the temperature-dependent frequency deviation of the quartz crystal.
  • the temperature-dependent resistor is designed as a thermally conductive (NTC) resistor with a negative temperature coefficient.
  • NTC N ⁇ is an abbreviation for the term "negative temperature coefficient”.
  • cold-conducting (PTC) resistors can also be used in a suitable circuit arrangement.
  • a transistor is provided as the switching and amplifying element (in each case), the generator circuit being designed in particular as a two-stage transistor circuit. Such an embodiment is particularly expedient with regard to the generation of the superpositioned rising or falling temperature characteristics mentioned above.
  • the NTC resistor of the first transistor stage is expediently in series with the base of the first transistor and the NTC resistor of the second transistor stage is parallel to the base of the second transistor.
  • the first stage realizes a rising or falling temperature characteristic
  • the second stage creates a falling or rising temperature characteristic complementary thereto, which are superpositioned at the output of the two-stage circuit and influence the tuning circuit.
  • the emitters of the transistors are expediently connected to ground, and the collectors of the transistors are connected to the output of the generator circuit.
  • the tuning circuit is preferably designed as a capacitance diode circuit. Such a circuit enables a particularly simple tuning option for the compensation voltages generated by the compensation circuit for influencing the frequency response of the quartz crystal.
  • the capacitance diode circuit is designed as a series circuit comprising a varactor diode and a capacitor.
  • the output of the generator Circuit is at a node connected in series between the capacitor and the varactor diode.
  • operational amplifiers are arranged in the circuit as switching and amplification elements.
  • the other structure of the arrangement, in particular the interconnection of the electronic components, may remain essentially unchanged.
  • La shows a frequency error-temperature diagram with an exemplary frequency error-temperature curve
  • Fig. Lb is a voltage-temperature diagram with an exemplary compensation voltage characteristic
  • Fig. 2 is a circuit diagram of a circuit arrangement.
  • Fig. 1 shows a typical course of the frequency error-temperature curve for a quartz crystal in a real-time clock of a cell phone or a radio module in a GSM cell phone network.
  • the temperature interval shown in the curve on the abscissa covers a temperature range of almost 90 K and extends from approx. -20 ° C to approx. 70 ° C.
  • On the ordinate on the left is the relative temperature dependent frequency errors df / f in ppm parts and on the right the resulting time errors in min / year.
  • the relative frequency error curve shows a parabolic course.
  • a first partial temperature interval ⁇ Tl called the low-temperature range
  • the relative frequency error drops from -lOOppm to approx. -30ppm.
  • the vertex of the frequency error parabola is relatively flat and changes into a parabolic load which in turn falls within an exemplary temperature sub-interval ⁇ T2 referred to as a high temperature range in the range from approx. 40 ° C. to approx. 70 ° C.
  • the relative frequency error in this area increases in a first approximation symmetrically with respect to the vertex of the parabola again to values of up to -100ppm.
  • the parabolic curve is approximated by piece-wise approximations in the temperature subintervals ⁇ Tl and ⁇ T2 and a compensation voltage Ust which is dependent on the temperature is generated.
  • This approximation is exemplified in the diagram in FIG. 1b by a series of linear temperature-dependent voltage characteristic curves.
  • any temperature-dependent characteristic curve shape can be used to approximate the frequency error curve or to describe the temperature-dependent compensation voltage characteristic curve, provided that this reproduces the shape of the frequency error curve with sufficient accuracy.
  • An exemplary temperature-dependent curve of such a characteristic of the compensation voltage Ust is shown in FIG. 1b.
  • the function curve shown in FIG. 1b is thus the result of a superposition of an increasing and a falling temperature characteristic curve with an increasing Ust curve in a lower temperature range and a falling Ust curve in an upper temperature range.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a circuit for generating the temperature characteristic curves, their superposition and the compensation voltage curve generated thereby.
  • the heart of the arrangement shown in FIG. 2 is a two-stage generator circuit 1, which is implemented from a first stage 2 and a second stage 3.
  • a tuning circuit in the form of a capacitance diode circuit 4 is coupled to this two-stage generator circuit. This tunes a quartz crystal circuit 5 depending on the temperature.
  • the compensation circuit shown in FIG. 2 in the treatment of the two-stage circuit 1 and in particular stages 2 and 3, an implementation in the form of transistor stages or circuits is assumed.
  • npn transistors are used, and the use of pnp transistors or field effect transistors or other switching and amplification elements, in particular operational amplifiers and the same electronic components, is also possible in principle within the scope of professional action.
  • the use of npn transistors is preferred.
  • both transistor stages 2 and 3 generate the temperature-dependent compensation voltage corresponding to the temperature characteristics shown there for the first and second temperature range shown in FIG. 1b and output it as an output voltage. This serves as a control signal for the capacitance diode circuit 4.
  • thermally conductive or NTC resistors are used as temperature-sensitive components.
  • PTC resistors cold-conducting resistors with a positive temperature coefficient
  • resistors within the circuit show an ohmic resistance characteristic and can be galvanic Resistors are executed. They expediently have sufficiently constant resistance values in the required temperature range.
  • the circuit itself in particular the two-stage compensation circuit or each of the two transistor stages, can optionally also be designed as an integrated circuit.
  • the electronic components of the first transistor stage 2 are connected between a first voltage source VRTC or a voltage source referred to as VBATT and ground M.
  • a parallel circuit consisting of a first resistor with a negative temperature coefficient NTCl and a galvanic resistor R21 with connection to the voltage source VRTC is connected in series with a galvanic resistor RV1 with ground contact M.
  • the base B1 of a transistor Tl is connected to the resistor RVl at a node 2A located between the parallel connection of NTCl and R21 and the galvanic resistor RV1.
  • the collector Kl of the transistor Tl is connected to the voltage source VBATT via a series-connected galvanic resistor RC1.
  • a resistor R11 connecting the collector K1 to the base B1 of the transistor T1 is additionally inserted.
  • the E- middle El of the transistor Tl is connected to the ground Ml.
  • Node 2C is also connected to output A of circuit 1.
  • the structure of the circuit of the second transistor stage 3 is similar to the structure of the first transistor stage 2.
  • the electronic components of this transistor stage are arranged between the voltage source VRTC and ground M.
  • a galvanic resistor RV2 connected to the voltage source VRTC leads to a node 3D via the nodes 3A and 3B.
  • a parallel connection arises from a resistor with negative temperature coefficients NTC2 and a galvanic resistor R22. These are each connected to ground M.
  • the transistor T2 of the second transistor stage 3 is connected at its base B2 to the node 3B.
  • the emitter of transistor T2 is connected to ground M.
  • the collector K2 of the transistor T2 is connected to a node 3C.
  • a galvanic resistor R12 connecting the collector K2 and the base B2 of the transistor T2 is inserted between the node 3C and the node 3A.
  • the node 3C is also connected to the output A of the compensation circuit 1.
  • the output A of the two-stage circuit 1 is connected via a galvanic resistor RD to the tuning circuit in the form of the capacitance diode circuit 4. In the exemplary embodiment in FIG. 3, this consists of a varactor diode VI, which is connected in series with a capacitor C1.
  • the current path emanating from the output A of the two-stage circuit 1 opens in the exemplary embodiment from FIG. 3 at a node 4A connected in series between the capacitor C1 and the varactor diode VI.
  • the varactor diode VI is switched in the blocking direction in the direction of the mass M.
  • the line routing via the capacitor C1 branches at a node 4B in the direction of a further node 6A in a baseband control (gate) 6 and in the direction of the quartz crystal circuit 5.
  • the quartz crystal circuit consists of the quartz crystal SC connected between the node 4B and a node 5A.
  • a capacitor C2 is additionally inserted into the quartz crystal circuit between the node 5A and the ground M.
  • the compensation voltage generated by the two-stage transistor circuit 1 changes the junction capacitance of the varactor diode in the capacitance diode circuit 4 in accordance with the prevailing temperature conditions.
  • the oscillating quartz circuit 5 is tuned depending on the temperature and the frequency deviation of the real-time clock is thus compensated for.
  • the circuit for frequency error compensation constructed in accordance with this exemplary embodiment is distinguished by a low current consumption in the range of less than 50 microamps and can therefore also be used without further ado when the mobile terminal is virtually switched off. Furthermore, the circuit is completely electronic Standard components built. Therefore, the electronic components used to implement the circuit prove to be extremely inexpensive. In the case of mass production of the exemplary circuit from FIG. 2, material costs of less than € 0.25 per circuit can be assumed.

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Abstract

A method for compensating a temperature-related frequency error of an oscillating quartz in a real-time clock, particularly for mobile radio terminals, GPS receivers or the like. A frequency error temperature curve describing the frequency error (df/f) at least in one temperature interval is approximated bit by bit by means of a temperature-dependent characteristic curve of an electronic circuit and a temperature-dependent compensation voltage (Ust) is produced on the basis of a compensation voltage temperature curve obtained from said bit by bit approximation and is used in order to tune the frequency of the oscillating quartz.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Kompensation eines temperaturbedingten Frequenzfehlers eines SchwingquarzesMethod for compensating a temperature-related frequency error of a quartz crystal
Funkmodule und mobile Endgeräte, die nach den Spezifikationen des GSM-Mobilfunkstandards betrieben werden, enthalten als Frequenznormal und Zeitgeber eine als Echtzeituhr (Real Time Clock = RTC) bezeichnete Einrichtung zur Zeitmessung. Diese Einrichtung ist auch im ausgeschalteten Zustand aktiv und ermöglicht nach dem Einschalten des Gerätes eine Zeitbestimmung mit einer entsprechenden Ganggenauigkeit.Radio modules and mobile end devices which are operated according to the specifications of the GSM mobile radio standard contain, as frequency standard and timer, a device for real time measurement (Real Time Clock = RTC). This device is also active when the device is switched off and, after the device is switched on, enables the time to be determined with the appropriate accuracy.
Das frequenzbestimmende Bauelement der Echtzeituhr wird zu- meist durch einen Schwingquarz in Form eines Quarz-Kristalls (fork generator) in einer Schwingquarzschaltung gebildet, der im GSM-Mobilfunksystem mit einer Nennfrequenz von 32.768 Hz schwingt. Für den Aufbau der Echtzeituhr bzw. des Kristalls des Schwingquarzes müssen die Anforderungen geringer Materi- al- und Entwicklungskosten in Verbindung mit einem möglichst geringen Flächenverbrauch des Bauelements erfüllt sein. Weiterhin wird für die Echtzeituhr, insbesondere für den ausgeschalteten Modus, eine hinreichend niedrige Stromaufnahme von weniger als 500 nA gefordert. Schließlich uss für den Schwingquarz eine sehr enge Frequenztoleranz in einer Größenordnung von ±20ppm und eine gegenüber Temperaturschwankungen sehr hohe Frequenzstabilität erfüllt sein.The frequency-determining component of the real-time clock is usually formed by a quartz crystal in the form of a quartz crystal (fork generator) in a quartz crystal circuit that vibrates in the GSM mobile radio system with a nominal frequency of 32,768 Hz. For the construction of the real-time clock or the crystal of the quartz crystal, the requirements of low material and development costs in connection with the smallest possible space consumption of the component must be met. Furthermore, a sufficiently low current consumption of less than 500 nA is required for the real-time clock, in particular for the switched-off mode. Finally, a very narrow frequency tolerance of the order of ± 20ppm and a very high frequency stability with respect to temperature fluctuations must be fulfilled for the quartz crystal.
Bereits bestehende Frequenzkompensationsverfahren, die in Verbindung mit dem GSM-Standard jedoch nur im eingeschalteten Modus arbeiten, sichern eine hinreichend genaue Frequenzstabilität für die GSM-Funktionen des mobilen Endgeräts. Eine exakte Zeitsteuerung ist jedoch für zeitkritische Anwendun- gen, beispielsweise Echtzeitsteuerungen, unerlässlich. Ein Beispiel für eine derartige zeitkritische Anwendung stellt eine Uhr mit einem integrierten GSM-Modul bzw. einem GSM- Telefon dar. Bei dieser Anwendung reicht die Frequenzgenauig- keit der nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen der Echtzeituhr nicht aus, um die geforderte Genauigkeit der Zeitmessung sicherzustellen. Die durch Temperaturveränderungen und die damit einhergehenden Frequenzveränderungen des Schwingquarzes hervorgerufenen Zeitfehler können beträchtli- ehe Werte annehmen. Ohne den bereits im GSM-Modus verwendeten Kompensationsalgorithmus summiert sich der durch die Temperatur verursachte Frequenzfehler zu einem Fehler von bis zu 50 min/Jahr.Existing frequency compensation methods, which work in conjunction with the GSM standard only in the activated mode, ensure a sufficiently precise frequency stability for the GSM functions of the mobile device. However, exact time control is essential for time-critical applications. conditions, such as real-time controls, are essential. An example of such a time-critical application is a clock with an integrated GSM module or a GSM telephone. In this application, the frequency accuracy of the embodiments of the real-time clock known according to the prior art is not sufficient to meet the required accuracy of the Ensure timekeeping. The time errors caused by temperature changes and the associated frequency changes of the quartz crystal can assume considerable values. Without the compensation algorithm already used in GSM mode, the frequency error caused by the temperature adds up to an error of up to 50 min / year.
Standard ist in der GSM-Mobilfunkumgebung eine Frequenzfehlerkompensation der Echtzeituhr durch einen Basisbandprozessor, wobei vor allem eine fortlaufende Kalibrierung mit der im GSM-System gebräuchlichen 13/26 MHz GSM-Uhr ausgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeit während des GSM-Betriebs wesentlich erhöht und die Zeitabweichung auf weniger alsThe standard in the GSM mobile radio environment is frequency error compensation of the real-time clock by means of a baseband processor, and above all a continuous calibration is carried out with the 13/26 MHz GSM clock used in the GSM system. This can significantly increase the accuracy during GSM operation and the time deviation to less than
10 min/Jahr reduziert werden. Für die Anwendbarkeit dieses Verfahrens besteht jedoch die unerlässliche Hauptbedingung, dass das GSM-Basisband über die gesamte Zeit zugeschaltet sein muss, damit der Kompensationsalgorithmus aktivierbar ist. Diese ständige Aktivierung ist jedoch mit einem hohen Stromverbrauch verbunden und ist infolge der dadurch stark reduzierten Standbyzeit überaus nachteilig. Außerdem ist die Aktivierung der Kompensationsprozedur im ausgeschalteten Betriebsmodus, bei dem die Echtzeituhr als Zeitgeber weiter- läuft, nicht möglich.10 min / year can be reduced. For the applicability of this method, however, there is the indispensable main condition that the GSM baseband must be switched on for the entire time so that the compensation algorithm can be activated. However, this constant activation is associated with a high power consumption and is extremely disadvantageous due to the greatly reduced standby time. In addition, it is not possible to activate the compensation procedure when the operating mode is switched off, in which the real-time clock continues to run as a timer.
Eine weitere Korrekturmöglichkeit des temperaturinduzierten Frequenzfehlers der Echtzeituhr ist durch den Einsatz tempe- raturstabilisierter Quarzmodule gegeben. Diese sind jedoch infolge ihres konstruktiven Aufwands sehr teuer und erlauben daher aus Gründen der Wirtschaftlichkeit keine breite Anwendung in mobilen GSM-Endgeräten.Another option for correcting the temperature-induced frequency error of the real-time clock is the use of temperature given stabilized quartz modules. However, due to their design complexity, these are very expensive and therefore do not allow widespread use in mobile GSM terminals for reasons of economy.
Schließlich können Referenzen von anderen Zeitquellen, beispielsweise dem GPS-System oder bekannten Zeitsendern genutzt werden. Hierfür müssen die GSM-Endgeräte jedoch mit zusätzlichen Einrichtungen und Funktionalitäten für den Empfang und die Verarbeitung dieser dem GSM-System an sich fremden Signalgeber ausgestattet werden, wodurch sich der Aufbau der Geräte zum Teil unnötig verkompliziert.Finally, references from other time sources, for example the GPS system or known time transmitters, can be used. For this purpose, however, the GSM terminals have to be equipped with additional devices and functionalities for the reception and processing of these signal transmitters which are foreign to the GSM system, which in some cases unnecessarily complicates the structure of the devices.
Es ergibt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Kompensa- tion des durch Temperaturänderungen verursachten Frequenzfehlers der Echtzeituhr in einem Gerät der oben erwähnten Art anzugeben, bei der in einer einfach realisierbaren, kostengünstigen und stromsparenden Weise der Frequenzfehler der Echtzeituhr weitgehend kompensiert und der daraus resultie- rende Zeitfehler nachhaltig reduziert werden kann. Weiter soll eine entsprechende Schaltungsanordnung bereitgestellt werden.The task thus arises of specifying a method for compensating the frequency error of the real-time clock caused by temperature changes in a device of the type mentioned above, in which the frequency error of the real-time clock is largely compensated for in an easy to implement, inexpensive and energy-saving manner and the resultant result - Time errors can be reduced sustainably. A corresponding circuit arrangement is also to be provided.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 4, wobei die Unteransprüche mindestens vorteilhafte bzw. zweckmäßige Ausgestaltungen umfassen.The object is achieved with a method with the features of claim 1 and an arrangement with the features of claim 4, the subclaims comprising at least advantageous or expedient refinements.
Der temperaturabhängige Frequenzfehler des Schwingquarzes wird durch eine Frequenzfehler-Temperatur-Kurve beschrieben. Dadurch ist der Verlauf des Frequenzfehlers innerhalb eines gegebenen Temperaturintervalls an sich bekannt. Das erfindungsgemäße Kompensationsverfahren nutzt diesen Umstand, in- dem innerhalb dieses Temperaturintervalls Abschnitte der Frequenzfehler-Temperatur-Kurve durch temperaturabhängige Kennlinien einer elektronischen Schaltung in hinreichender Näherung approximiert werden. Diese stückweisen Näherungen werden zum Erzeugen einer Kompensationsspannung mit einer temperaturabhängigen Kompensationsspannungs-Kurve verwendet. Daraus wird die bei einer aktuell anliegenden Temperatur erforderliche Kompensationsspannung zur Korrektur des Frequenzfehlers bestimmt und erzeugt. Die so ermittelte Kompensationsspannung beeinflusst die Frequenz des Schwingquarzes und kompensiert somit den temperaturbedingten Frequenzfehler des Schwingquarzes in der Echtzeituhr.The temperature-dependent frequency error of the quartz crystal is described by a frequency error-temperature curve. As a result, the course of the frequency error within a given temperature interval is known per se. The compensation method according to the invention makes use of this fact, which within this temperature interval approximates sections of the frequency error-temperature curve by temperature-dependent characteristics of an electronic circuit. These piece-wise approximations are used to generate a compensation voltage with a temperature-dependent compensation voltage curve. The compensation voltage required to correct the frequency error at a current temperature is determined and generated from this. The compensation voltage determined in this way influences the frequency of the quartz crystal and thus compensates for the temperature-related frequency error of the quartz crystal in the real-time clock.
Ein Zugriff auf ein Basisband bzw. eine Zuschaltung eines Ba- sisbandprozessors entfällt somit vollständig. Es erfolgt eine durch die jeweils aktuell herrschenden Temperaturbedingungen selbst bestimmte Kompensation des Frequenzfehlers. Diese Kompensation erfolgt durch die elektronische Schaltung in autarker Weise und ist insbesondere auch in einem ausgeschalteten, das heißt insbesondere einem nicht auf Empfang eingerichteten, bzw. in einem durch eine minimale Stromaufnahme gekennzeichneten Zustand der Mobilfunkeinrichtung aktiv und ausführbar .Access to a baseband or connection of a baseband processor is therefore completely eliminated. The frequency error itself is compensated for by the current temperature conditions. This compensation is carried out by the electronic circuit in a self-sufficient manner and is in particular also active and executable when the mobile radio device is switched off, that is to say in particular in a state that is not set up for reception, or in a state characterized by a minimal current consumption.
Bei einer innerhalb des Temperaturintervalls gegebenen Frequenzfehler-Temperatur-Kurve mit einer parabelförmigen Gestalt wird die Kompensationsspannung in einem ersten Temperaturteilintervall mit einem linear ansteigenden temperaturabhängigen Verlauf und in einem zweiten Temperaturteilintervall mit einem linear fallenden temperaturabhängigen Verlauf erzeugt. Die steigenden bzw. fallenden Parabeläste der Frequenzfehler-Temperatur-Kurve werden somit bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine linear steigende bzw. fallende Tem- peraturkennlinie der erzeugten Kompensationsspannung approximiert. Letztlich wird die Kompensationsspannung durch eine Superposition aus zwei Temperaturkennlinien erzeugt, insbesondere der erwähnten ansteigenden und der fallenden Tempera- turkennlinie .In the case of a frequency error-temperature curve with a parabolic shape given within the temperature interval, the compensation voltage is generated in a first partial temperature interval with a linearly increasing temperature-dependent profile and in a second partial temperature interval with a linearly decreasing temperature-dependent profile. The rising or falling parabola branches of the frequency error-temperature curve are thus in this embodiment represented by a linearly rising or falling temperature. temperature characteristic of the generated compensation voltage approximated. Ultimately, the compensation voltage is generated by a superposition from two temperature characteristics, in particular the rising and falling temperature characteristics mentioned.
Eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des erwähnten Verfahrens ist durch folgende Komponenten gekennzeichnet:A circuit arrangement for carrying out the method mentioned is characterized by the following components:
Die Anordnung weist zunächst eine die temperaturabhängigeThe arrangement initially has a temperature-dependent one
Kompensationsspannung erzeugende elektronische Schaltung (Generatorschaltung) aus einem temperaturabhängigen Widerstand in Verbindung mit einem elektronischen Schalt- und Verstärkungselement und weiterhin eine sich an einen Ausgang der Ge- neratorschaltung anschließenden Durchstimmschaltung für eine den Schwingquarz aufweisende Schwingquarzschaltung auf. Der temperaturabhängige Widerstand stellt in der Generatorschaltung das temperatursensitive Bauelement dar. In Verbindung mit dem eingesetzten Schalt- und Verstärkungselement wird da- mit eine Schaltung realisiert, die die erwähnten Kompensationsspannungen mit der entsprechenden Temperaturkennlinie erzeugt. Die Durchstimmschaltung stimmt entsprechend der Kompensationsspannung die Frequenz des Schwingquarzes in der Schwingquarzschaltung durch und kompensiert dabei die gegebe- ne temperaturabhängige Frequenzabweichung des Schwingquarzes.Electronic circuit generating compensation voltage (generator circuit) comprising a temperature-dependent resistor in connection with an electronic switching and amplifying element and furthermore a tuning circuit adjoining an output of the generator circuit for a quartz crystal circuit having the quartz crystal. The temperature-dependent resistance represents the temperature-sensitive component in the generator circuit. In connection with the switching and amplification element used, a circuit is thus implemented which generates the compensation voltages mentioned with the corresponding temperature characteristic. The tuning circuit tunes the frequency of the quartz crystal in the quartz crystal circuit in accordance with the compensation voltage and thereby compensates for the temperature-dependent frequency deviation of the quartz crystal.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der temperaturabhängige Widerstand als ein heißleitender (NTC-) Widerstand mit einem negativem Temperaturkoeffizienten ausgebildet. Die Be- Zeichnung ,,NTC ist hierbei eine Abkürzung für den Begriff „negative temperature coefficient" . Grundsätzlich sind auch, in geeigneter Schaltungsanordnung, kaltleitende (PTC- ) iderstände einsetzbar. In einer Aus ührungsform ist als Schalt- und Verstärkungselement (jeweils) ein Transistor vorgesehen, wobei die Generatorschaltung insbesondere als zweistufige Transistorschaltung ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere in Hinblick auf die Erzeugung vorhergehend erwähnten superpositionierten steigenden bzw. fallenden Temperaturkennlinien zweckmäßig.In an expedient embodiment, the temperature-dependent resistor is designed as a thermally conductive (NTC) resistor with a negative temperature coefficient. The designation "NTC Nλ" is an abbreviation for the term "negative temperature coefficient". In principle, cold-conducting (PTC) resistors can also be used in a suitable circuit arrangement. In one embodiment, a transistor is provided as the switching and amplifying element (in each case), the generator circuit being designed in particular as a two-stage transistor circuit. Such an embodiment is particularly expedient with regard to the generation of the superpositioned rising or falling temperature characteristics mentioned above.
Zweckmäßigerweise liegt der NTC-Widerstand der ersten Transistorstufe in Reihe mit der Basis des ersten Transistors und der NTC-Widerstand der zweiten Transistorstufe parallel zur Basis des zweiten Transistors. Somit realisiert die erste Stufe eine steigende bzw. fallende Temperaturkennlinie, wäh- rend die zweite Stufe komplementär dazu eine fallende bzw. steigende Temperaturkennlinie erzeugt, die am Ausgang der zweistufigen Schaltung superpositioniert werden und die Durchstimmschaltung beeinflussen.The NTC resistor of the first transistor stage is expediently in series with the base of the first transistor and the NTC resistor of the second transistor stage is parallel to the base of the second transistor. Thus, the first stage realizes a rising or falling temperature characteristic, while the second stage creates a falling or rising temperature characteristic complementary thereto, which are superpositioned at the output of the two-stage circuit and influence the tuning circuit.
Die Emitter der Transistoren sind zweckmäßigerweise auf Masse geschaltet, und die Kollektoren der Transitoren sind auf den Ausgang der Generatorschaltung geschaltet.The emitters of the transistors are expediently connected to ground, and the collectors of the transistors are connected to the output of the generator circuit.
Die Durchstimmschaltung ist bevorzugt als eine Kapazitätsdio- denschaltung ausgebildet. Eine derartige Schaltung ermöglicht eine besonders einfache Durchstimmmöglichkeit für die von der Kompensationsschaltung erzeugten Kompensationsspannungen für die Beeinflussung des Frequenzganges des Schwingquarzes.The tuning circuit is preferably designed as a capacitance diode circuit. Such a circuit enables a particularly simple tuning option for the compensation voltages generated by the compensation circuit for influencing the frequency response of the quartz crystal.
Die Kapazitätsdiodenschaltung ist in weiter bevorzugter Ausführung als eine Reihenschaltung aus einer Varaktordiode und einem Kondensator ausgebildet. Der Ausgang der Generator- Schaltung liegt an einem in Reihe zwischen den Kondensator und die Varaktordiode geschalteten Knotenpunkt.In a further preferred embodiment, the capacitance diode circuit is designed as a series circuit comprising a varactor diode and a capacitor. The output of the generator Circuit is at a node connected in series between the capacitor and the varactor diode.
In einer abgewandelten Ausführungsform der Generatorschaltung sind als Schalt- und Verstärkungselemente Operationsverstärker in der Schaltung angeordnet. Der sonstige Aufbau der Anordnung, insbesondere die Verschaltung der elektronischen Bauelemente, bleibt dabei gegebenenfalls im wesentlichen unverändert .In a modified embodiment of the generator circuit, operational amplifiers are arranged in the circuit as switching and amplification elements. The other structure of the arrangement, in particular the interconnection of the electronic components, may remain essentially unchanged.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Schaltung sollen nun anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit Figuren näher erläutert werden. Es werden für gleiche bzw. gleichwirkende Teile bzw. Verfahrensabläufe die sel- ben Bezugszeichen verwendet.The method according to the invention and the corresponding circuit will now be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with figures. The same reference numerals are used for the same or equivalent parts or process sequences.
Es zeigtIt shows
Fig. la ein Frequenzfehler-Temperatur-Diagramm mit einer bei- spielhaften Frequenzfehler-Temperatur-Kurve,La shows a frequency error-temperature diagram with an exemplary frequency error-temperature curve,
Fig. lb ein Spannungs-Temperatur-Diagramm mit einer beispielhaften Kompensationsspannungs-Kennlinie undFig. Lb is a voltage-temperature diagram with an exemplary compensation voltage characteristic and
Fig. 2 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung.Fig. 2 is a circuit diagram of a circuit arrangement.
Fig. 1 zeigt einen typischen Verlauf der Frequenzfehler- Temperatur-Kurve für einen Schwingquarz in einer Echtzeituhr eines Mobiltelefons oder eines Funkmoduls in einem GSM- Mobilfunknetz. Das in der Kurve gezeigte Temperaturintervall auf der Abszisse umfasst in diesem Beispiel einen Temperaturbereich von fast 90 K und erstreckt sich von ca. -20°C bis ca. 70 °C. Auf der Ordinate ist links der relative temperatur- abhängige Frequenzfehler df/f in ppm-Anteilen und rechts der damit einhergehende resultierende Zeitfehler in min/Jahr angegeben. Wie dem Diagramm aus Fig. la zu entnehmen ist, zeigt die relative Frequenzfehlerkurve einen parabelförmigen Ver- lauf.Fig. 1 shows a typical course of the frequency error-temperature curve for a quartz crystal in a real-time clock of a cell phone or a radio module in a GSM cell phone network. In this example, the temperature interval shown in the curve on the abscissa covers a temperature range of almost 90 K and extends from approx. -20 ° C to approx. 70 ° C. On the ordinate on the left is the relative temperature dependent frequency errors df / f in ppm parts and on the right the resulting time errors in min / year. As can be seen from the diagram in FIG. 1 a, the relative frequency error curve shows a parabolic course.
In einem ersten, als Niedrigtemperaturbereich bezeichneten Temperaturteilintervall ΔTl im Bereich von ca. -20°C bis ca. 10°C, fällt der relative Frequenzfehler von -lOOppm bis auf ca. -30ppm ab. Der Scheitelpunkt der Frequenzfehlerparabel ist relativ flach und geht in einen wiederum abfallenden Parabelast über, der in einem als Hochtemperaturbereich bezeichneten beispielhaften Temperaturteilintervall ΔT2 im Bereich von ca. 40°C bis ca. 70°C liegt. Der relative Fre- quenzfehler steigt in diesem Bereich in erster Näherung symmetrisch bezüglich des Scheitelpunktes der Parabel wiederum bis auf Werte von bis zu -lOOppm an.In a first partial temperature interval ΔTl, called the low-temperature range, in the range from approx. -20 ° C to approx. 10 ° C, the relative frequency error drops from -lOOppm to approx. -30ppm. The vertex of the frequency error parabola is relatively flat and changes into a parabolic load which in turn falls within an exemplary temperature sub-interval ΔT2 referred to as a high temperature range in the range from approx. 40 ° C. to approx. 70 ° C. The relative frequency error in this area increases in a first approximation symmetrically with respect to the vertex of the parabola again to values of up to -100ppm.
Zur Korrektur dieses Frequenzfehlerverlaufs und zum Generie- ren einer geeigneten Kompensationsspannung wird der parabel- förmige Verlauf durch stückweise Approximationen in den Temperaturteilintervallen ΔTl und ΔT2 angenähert und eine entsprechend von der Temperatur abhängige Kompensationsspannung Ust erzeugt. In dem Diagramm in Fig. lb ist diese Approxima- tion durch eine Reihe von linearen temperaturabhängigen Spannungskennlinien beispielhaft dargestellt. Es versteht sich, dass prinzipiell jede temperaturabhängige Kennlinienform zur Approximation der Frequenzfehlerkurve bzw. zur Beschreibung der temperaturabhängigen Kompensationsspannungskennlinie ein- gesetzt werden kann, sofern diese in hinreichender Genauigkeit die Form der Frequenzfehlerkurve nachvollzieht. In Fig. lb ist ein beispielhafter temperaturabhängiger Verlauf einer derartigen Kennlinie der Kompensationsspannung Ust dargestellt. Man erkennt einen im ersten Temperaturteilintervall ΔTl linear ansteigenden und einen im zweiten Tempera- turteilintervall ΔT2 linear abfallenden Verlauf. Dazwischen befindet sich ein Temperaturbereich mit einem im wesentlichen konstanten Wert der Kompensationsspannung. Wie aus dem Vergleich mit Fig. la zu entnehmen ist, wird der steigende bzw. der fallende Ast der Parabel der Frequenzfehler-Temperatur- Kurve durch die stückweise aneinander gefügten Abschnitte der steigenden, konstanten und fallenden Werte der Kompensationsspannung Ust angenähert. Diese Abschnitte bilden die in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Polygonzug gegebene T- abhängige Kompensationsspannungs-Kurve zur Kompensation der in Fig. la gezeigten Temperatur-Frequenzfehler-Kurve des Schwingquarzes und damit der Echtzeituhr der GSM- Mobilfunkeinrichtung.To correct this frequency error curve and to generate a suitable compensation voltage, the parabolic curve is approximated by piece-wise approximations in the temperature subintervals ΔTl and ΔT2 and a compensation voltage Ust which is dependent on the temperature is generated. This approximation is exemplified in the diagram in FIG. 1b by a series of linear temperature-dependent voltage characteristic curves. It goes without saying that in principle any temperature-dependent characteristic curve shape can be used to approximate the frequency error curve or to describe the temperature-dependent compensation voltage characteristic curve, provided that this reproduces the shape of the frequency error curve with sufficient accuracy. An exemplary temperature-dependent curve of such a characteristic of the compensation voltage Ust is shown in FIG. 1b. One can see a curve that increases linearly in the first partial temperature interval ΔT1 and a curve that decreases linearly in the second partial temperature interval ΔT2. In between is a temperature range with an essentially constant value of the compensation voltage. As can be seen from the comparison with FIG. 1 a, the rising or falling branch of the parabola of the frequency error-temperature curve is approximated by the sections of the rising, constant and falling values of the compensation voltage Ust which are joined together piece by piece. These sections form the T-dependent compensation voltage curve given in this exemplary embodiment by a polygon to compensate for the temperature-frequency error curve of the quartz crystal and thus the real-time clock of the GSM mobile radio device shown in FIG.
Der in Fig. lb dargestellte Funktionsverlauf ist somit das Ergebnis einer Superposition einer steigenden und einer fallenden Temperaturkennlinie mit einem ansteigenden Ust-Verlauf in einem unteren Temperaturbereich und einem fallenden Ust- Verlauf in einem oberen Temperaturbereich.The function curve shown in FIG. 1b is thus the result of a superposition of an increasing and a falling temperature characteristic curve with an increasing Ust curve in a lower temperature range and a falling Ust curve in an upper temperature range.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zum Erzeugen der Temperaturkennlinien, ihrer Superposition und der dadurch erzeugten Kompensationsspannungs-Kurve. Kernstück der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist eine zweistufige Generatorschaltung 1, die aus einer ersten Stufe 2 und einer zweiten Stufe 3 ausgeführt ist. An diese zweistufige Generatorschaltung ist eine Durchstimmschaltung in Form einer Kapazitätsdioden- Schaltung 4 gekoppelt. Diese stimmt eine Schwingquarzschaltung 5 temperaturabhängig durch. Bei der nachfolgenden Erläuterung der in Fig. 2 gezeigten Kompensationsschaltung wird bei der Behandlung der zweistufigen Schaltung 1 und insbesondere der Stufen 2 und 3 von einer Realisierung in Form von Transistorstufen bzw. -Schaltungen ausgegangen. Dabei wird beispielhaft auf npn-Transistoren zurückgegriffen, wobei die Anwendung von pnp-Transistoren oder Feldeffekttransistoren oder anderen Schalt- und Verstärkungselementen, insbesondere von Operationsverstärkern und der- gleichen elektronischen Bauelementen, prinzipiell im Rahmen fachmännischen Handelns ebenfalls möglich ist. Aus Gründen einer möglichst einfachen und kostengünstigen Schaltungsvariante und einer möglichst geringen Stromaufnahme von weniger als 50 μA wird die Verwendung von npn-Transistoren bevorzugt.2 shows a circuit diagram of a circuit for generating the temperature characteristic curves, their superposition and the compensation voltage curve generated thereby. The heart of the arrangement shown in FIG. 2 is a two-stage generator circuit 1, which is implemented from a first stage 2 and a second stage 3. A tuning circuit in the form of a capacitance diode circuit 4 is coupled to this two-stage generator circuit. This tunes a quartz crystal circuit 5 depending on the temperature. In the following explanation of the compensation circuit shown in FIG. 2, in the treatment of the two-stage circuit 1 and in particular stages 2 and 3, an implementation in the form of transistor stages or circuits is assumed. For example, npn transistors are used, and the use of pnp transistors or field effect transistors or other switching and amplification elements, in particular operational amplifiers and the same electronic components, is also possible in principle within the scope of professional action. For reasons of a circuit variant that is as simple and inexpensive as possible and a current consumption that is as low as possible of less than 50 μA, the use of npn transistors is preferred.
Während des Betriebes erzeugen beide Transistorstufen 2 und 3 für den in Fig. lb gezeigten ersten und zweiten Temperaturbereich die temperaturabhängige Kompensationsspannung entsprechend der dort dargestellten Temperaturkennlinien und geben diese als Ausgangsspannung aus. Diese dient als Steuersignal für die Kapazitätsdioden-Schaltung 4.During operation, both transistor stages 2 and 3 generate the temperature-dependent compensation voltage corresponding to the temperature characteristics shown there for the first and second temperature range shown in FIG. 1b and output it as an output voltage. This serves as a control signal for the capacitance diode circuit 4.
Im Folgenden wird die Generatorschaltung 1 aus der ersten Transistorstufe 2 bzw. der zweiten Transistorstufe 3 näher erläutert. Als temperatursensitive Komponenten wird bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel auf heißleitende oder NTC- Widerstände zurückgegriffen. Die Verwendung kaltleitender Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, sogenannter PTC-Widerstände, ist bei einer entsprechendenden Ver- änderung am Schaltungsaufbau ebenfalls möglich.The generator circuit 1 from the first transistor stage 2 and the second transistor stage 3 is explained in more detail below. In the following exemplary embodiment, thermally conductive or NTC resistors are used as temperature-sensitive components. The use of cold-conducting resistors with a positive temperature coefficient, so-called PTC resistors, is also possible with a corresponding change in the circuit structure.
Alle weiteren Widerstände innerhalb der Schaltung zeigen eine ohmsche Widerstandscharakteristik und können als galvanische Widerstände ausgeführt sein. Sie weisen zweckmäßigerweise im geforderten Temperaturbereich hinreichend konstante Widerstandswerte auf. Die Schaltung selbst, insbesondere die zweistufige Kompensationsschaltung oder jede der beiden Transis- torstufen, kann gegebenenfalls auch als eine integrierte Schaltung ausgebildet sein.All other resistors within the circuit show an ohmic resistance characteristic and can be galvanic Resistors are executed. They expediently have sufficiently constant resistance values in the required temperature range. The circuit itself, in particular the two-stage compensation circuit or each of the two transistor stages, can optionally also be designed as an integrated circuit.
Von erheblicher Bedeutung für die Funktionsfähigkeit des nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiels ist zum einen die Wahl zweckmäßiger NTC-Widerstände, insbesondere in Hinblick auf zweckmäßige Temperaturkoeffizienten, in Verbindung mit einer darauf abgestimmten Auswahl des entsprechenden Transistortyps und einer darauf aufbauenden geeigneten Wahl entsprechender Arbeitspunkte der Transistorstufen. Weiterhin muss für die Kapazitätsdiodenschaltung 4 eine Varaktordiode mit einem ausreichend großen und auf die von der Kompensationsschaltung erzeugte Kompensationsspannung abgestimmten Durchstimmbereich der inneren Sperrschichtkapazität vorgesehen werden.Of considerable importance for the functionality of the exemplary embodiment explained below is the selection of appropriate NTC resistors, in particular with regard to appropriate temperature coefficients, in conjunction with a coordinated selection of the appropriate transistor type and a suitable selection of corresponding operating points of the transistor stages based on this. Furthermore, a varactor diode with a sufficiently large tuning range of the inner junction capacitance matched to the compensation voltage generated by the compensation circuit must be provided for the capacitance diode circuit 4.
Die elektronischen Bauelemente der ersten Transistorstufe 2 sind zwischen einer ersten Spannungsquelle VRTC bzw. einer als VBATT bezeichneten Spannungsquelle und Masse M geschaltet.The electronic components of the first transistor stage 2 are connected between a first voltage source VRTC or a voltage source referred to as VBATT and ground M.
Eine Parallelschaltung aus einem ersten Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten NTCl und einem galvanischen Widerstand R21 mit Anschluss an die Spannungsquelle VRTC ist in Reihe mit einem galvanischen Widerstand RVl mit Massekontakt M geschaltet. Die Basis Bl eines Transistors Tl ist an einem zwischen der Parallelschaltung aus NTCl und R21 und dem galvanischen Widerstand RVl gelegenen Knotenpunkt 2A mit dem Widerstand RVl verbunden. Der Kollektor Kl des Transistors Tl ist über einen in Reihe geschalteten galvanischen Widerstand RC1 mit der Spannungsquelle VBATT verschaltet. Über einen zwischen dem Kollektor Kl und dem Widerstand RC1 gelegenen Knotenpunkt 2C und einem zwischen der Parallelschaltung aus NTCl und R21 und dem Knotenpunkt 2A angeordneten Knotenpunkt 2B ist zusätzlich ein den Kollektor Kl mit der Basis Bl des Transistors Tl verbindender Widerstand Rll eingefügt. Der E- mitter El des Transistors Tl ist mit der Masse Ml verbunden. Weiterhin ist der Knotenpunkt 2C mit dem Ausgang A der Schal- tung 1 verbunden.A parallel circuit consisting of a first resistor with a negative temperature coefficient NTCl and a galvanic resistor R21 with connection to the voltage source VRTC is connected in series with a galvanic resistor RV1 with ground contact M. The base B1 of a transistor Tl is connected to the resistor RVl at a node 2A located between the parallel connection of NTCl and R21 and the galvanic resistor RV1. The collector Kl of the transistor Tl is connected to the voltage source VBATT via a series-connected galvanic resistor RC1. Via a node 2C located between the collector K1 and the resistor RC1 and a node 2B arranged between the parallel connection of NTCl and R21 and the node 2A, a resistor R11 connecting the collector K1 to the base B1 of the transistor T1 is additionally inserted. The E- middle El of the transistor Tl is connected to the ground Ml. Node 2C is also connected to output A of circuit 1.
Der Aufbau der Schaltung der zweiten Transistorstufe 3 ähnelt dem Aufbau der ersten Transistorstufe 2. Die elektronischen Bauelemente dieser Transistorstufe sind zwischen der Span- nungsquelle VRTC und Masse M angeordnet. Ein mit der Spannungsquelle VRTC verbundener galvanischer Widerstand RV2 führt über die Knotenpunkte 3A und 3B zu einem Knotenpunkt 3D. An dem Knotenpunkt 3D entspringt eine Parallelschaltung aus einem Widerstand mit negativen Temperaturkoeffizienten NTC2 und einem galvanischen Widerstand R22. Diese sind jeweils mit Masse M verbunden.The structure of the circuit of the second transistor stage 3 is similar to the structure of the first transistor stage 2. The electronic components of this transistor stage are arranged between the voltage source VRTC and ground M. A galvanic resistor RV2 connected to the voltage source VRTC leads to a node 3D via the nodes 3A and 3B. At the node 3D, a parallel connection arises from a resistor with negative temperature coefficients NTC2 and a galvanic resistor R22. These are each connected to ground M.
Der Transistor T2 der zweiten Transistorstufe 3 ist an seiner Basis B2 mit dem Knotenpunkt 3B verbunden. Der Emitter des Transistors T2 ist auf Masse M geschaltet. Der Kollektor K2 des Transistors T2 ist mit einem Knotenpunkt 3C verbunden. Zwischen dem Knotenpunkt 3C und dem Knotenpunkt 3A ist ein den Kollektor K2 und der Basis B2 des Transistors T2 verbindender galvanischer Widerstand R12 eingefügt. Der Knotenpunkt 3C ist weiterhin mit dem Ausgang A der Kompensationsschaltung 1 verbunden. Der Ausgang A der zweistufigen Schaltung 1 ist über einen galvanischen Widerstand RD mit der Durchstimmschaltung in Form der Kapazitätsdioden-Schaltung 4 verbunden. Diese besteht in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 aus einer Varak- tor-Diode VI, die in Reihe mit einem Kondensator Cl geschaltet ist. Der von dem Ausgang A der zweistufigen Schaltung 1 ausgehende Stromweg mündet in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 an einem in Reihe geschalteten Knotenpunkt 4A zwischen Kondensator Cl und Varaktordiode VI ein. Die Varaktordiode VI ist in Richtung Masse M in Sperrrichtung geschaltet. Die Leitungsführung über den Kondensator Cl verzweigt an einem Knotenpunkt 4B in Richtung eines weiteren Knoten 6A in einer Basisband-Steuerung (Gatter) 6 und in Richtung der Schwingquarzschaltung 5. Die Schwingquarzschaltung besteht aus dem zwischen dem Knotenpunkt 4B und einem Knoten 5A geschalteten Schwingquarz SC. Zwischen dem Knoten 5A und der Masse M ist zusätzlich ein Kondensator C2 in die Schwingquarzschaltung eingefügt .The transistor T2 of the second transistor stage 3 is connected at its base B2 to the node 3B. The emitter of transistor T2 is connected to ground M. The collector K2 of the transistor T2 is connected to a node 3C. A galvanic resistor R12 connecting the collector K2 and the base B2 of the transistor T2 is inserted between the node 3C and the node 3A. The node 3C is also connected to the output A of the compensation circuit 1. The output A of the two-stage circuit 1 is connected via a galvanic resistor RD to the tuning circuit in the form of the capacitance diode circuit 4. In the exemplary embodiment in FIG. 3, this consists of a varactor diode VI, which is connected in series with a capacitor C1. The current path emanating from the output A of the two-stage circuit 1 opens in the exemplary embodiment from FIG. 3 at a node 4A connected in series between the capacitor C1 and the varactor diode VI. The varactor diode VI is switched in the blocking direction in the direction of the mass M. The line routing via the capacitor C1 branches at a node 4B in the direction of a further node 6A in a baseband control (gate) 6 and in the direction of the quartz crystal circuit 5. The quartz crystal circuit consists of the quartz crystal SC connected between the node 4B and a node 5A. A capacitor C2 is additionally inserted into the quartz crystal circuit between the node 5A and the ground M.
Während des Betriebs verändert die von der zweistufigen Transistorschaltung 1 erzeugte Kompensationsspannung gemäß den jeweils vorliegenden Temperaturbedingungen die Sperrschichtkapazität der Varaktordiode in der Kapazitätsdiodenschaltung 4. Dabei wird entsprechend dieser veränderlichen Kapazität die Schwingquarzschaltung 5 temperaturabhängig durchgestimmt und die Frequenzabweichung der Echtzeituhr somit kompensiert.During operation, the compensation voltage generated by the two-stage transistor circuit 1 changes the junction capacitance of the varactor diode in the capacitance diode circuit 4 in accordance with the prevailing temperature conditions. In this case, the oscillating quartz circuit 5 is tuned depending on the temperature and the frequency deviation of the real-time clock is thus compensated for.
Die entsprechend dieses Ausführungsbeispiels aufgebaute Schaltung zur Frequenzfehlerkompensation zeichnet sich durch eine geringe Stromaufnahme im Bereich von weniger als 50 Mikroampere aus und ist daher auch in einem quasi ausgeschalteten Betrieb des mobilen Endgerätes ohne weiteres einsetzbar. Weiterhin ist die Schaltung vollständig aus elektronischen Standard-Bauelementen aufgebaut. Daher erweisen sich die zur Realisierung der Schaltung eingesetzten elektronischen Bauelemente als äußerst kostengünstig. Bei einer Massenfertigung der beispielhaften Schaltung aus Fig. 2 kann von Materialkos- ten von weniger als 0.25 € je Schaltung ausgegangen werden. The circuit for frequency error compensation constructed in accordance with this exemplary embodiment is distinguished by a low current consumption in the range of less than 50 microamps and can therefore also be used without further ado when the mobile terminal is virtually switched off. Furthermore, the circuit is completely electronic Standard components built. Therefore, the electronic components used to implement the circuit prove to be extremely inexpensive. In the case of mass production of the exemplary circuit from FIG. 2, material costs of less than € 0.25 per circuit can be assumed.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 zweistufe Generatorschaltung1 two-stage generator circuit
2 erste Stufe 2A, 2B, 2C Knotenpunkt2 first stage 2A, 2B, 2C node
3 zweite Stufe3 second stage
3A, 3B, 3C, 3D Knotenpunkt3A, 3B, 3C, 3D node
4 Kapazitätsdioden-Schaltung4 capacitance diode circuit
4A, 4B, 5 SchwingquarzSchaltung4A, 4B, 5 quartz crystal circuit
5A Knotenpunkt5A node
6 Basisband-Steuerung6 baseband control
6A Knotenpunkt6A node
A Ausgang Generatorschaltung Cl, C2 KondensatorA output generator circuit Cl, C2 capacitor
M MasseM mass
NTCl, NTC2 Widerstand mit negativem T- KoeffizientNTCl, NTC2 resistor with negative T coefficient
RCl, Rll, R12, R21, R22, RCl, RD, RVl, RV2 galvanischer WiderstandRCl, Rll, R12, R21, R22, RCl, RD, RVl, RV2 galvanic resistance
Tl, T2 TransistorT1, T2 transistor
Bl, B2 BasisBl, B2 basis
El, E2 EmitterEl, E2 emitter
Kl, K2 Kollektor VI VaraktordiodeKl, K2 collector VI varactor diode
SC SchwingquarzSC quartz crystal
ΔTl, ΔT2 TemperaturteilintervallΔTl, ΔT2 partial temperature interval
Ust KompensationsSpannung df/f relativer Frequenzfehler Ust compensation voltage df / f relative frequency error

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Kompensation eines temperaturbedingten Frequenzfehlers eines Schwingquarzes einer Echtzeituhr, insbe- sondere für Mobilfunk-Endgeräte, GPS-Empfangsgeräte oder dergleichen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass1. A method for compensating for a temperature-related frequency error of a quartz crystal of a real-time clock, in particular for mobile radio terminals, GPS receivers or the like, that means that
- eine den Frequenzfehler (df/f) beschreibende Frequenzfehler-Temperatur-Kurve mindestens in einem Temperaturintervall (T) stückweise durch eine temperaturabhängige Kennlinie einer elektronischen Schaltung approximiert wird unda frequency error-temperature curve describing the frequency error (df / f) is approximated piece by piece by a temperature-dependent characteristic curve of an electronic circuit at least in a temperature interval (T) and
- aus einer infolge der stückweisen Approximation gewonnene Kompensationsspannungs-Temperatur-Kurve eine temperaturabhängige Kompensationsspannung (Ust) erzeugt und für eine Fre- quenzabstimmung des Schwingquarzes angewendet wird.- A temperature-dependent compensation voltage (Ust) is generated from a compensation voltage-temperature curve obtained as a result of the piece-wise approximation and is used for frequency tuning of the quartz crystal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einer innerhalb des Temperaturintervalls (T) gegebenen Frequenzfehler-Temperatur-Kurve mit einer parabelförmigen2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that at a given within the temperature interval (T) frequency error-temperature curve with a parabolic
Gestalt die Kompensationsspannung in einem ersten Temperaturteilintervall (ΔTl) mit einem, insbesondere linear, ansteigenden temperaturabhängigen Verlauf und in einem zweiten Temperaturteilintervall (ΔTl) mit einem, insbesondere linear, fallenden temperaturabhängigen Verlauf erzeugt wird.The compensation voltage is generated in a first partial temperature interval (ΔTl) with an, in particular linear, rising temperature-dependent profile and in a second partial temperature interval (ΔTl) with a, in particular linear, falling temperature-dependent profile.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kompensationsspannung (Ust) durch eine Superposition aus mindestens zwei Kennlinien, insbesondere der im Temperaturintervall (ΔTl) ansteigenden und der im Temperaturintervall (ΔT2) fallenden Kennlinie, erzeugt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the compensation voltage (Ust) is generated by a superposition from at least two characteristics, in particular the rising in the temperature interval (ΔTl) and falling in the temperature interval (ΔT2).
4. Schaltungsanordnung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h4. Circuit arrangement for executing a method according to one of claims 1 to 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- eine eine temperaturabhängige Kompensationsspannuήg erzeu- gende Generatorschaltung (1) mit mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand (NTCl, NTC2) und mindestens einem elektronischen Schalt- und Verstärkungselement und eine sich an einem Ausgang (A) der Kompensationsschaltung vorgesehene Durchstimmschaltung (4) für eine den Schwingquarz (SC) auf- weisende Schwingquarzschaltung (5) .- A generator circuit (1) generating a temperature-dependent compensation voltage with at least one temperature-dependent resistor (NTCl, NTC2) and at least one electronic switching and amplification element and a tuning circuit (4) provided at an output (A) of the compensation circuit for a quartz crystal (SC) oscillating crystal circuit (5).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der oder jeder temperaturabhängige Widerstand als NTC- Widerstand (NTCl, NTC2) ausgebildet ist.5. Circuit arrangement according to claim 4, so that the or each temperature-dependent resistor is designed as an NTC resistor (NTCl, NTC2).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das oder jedes Schalt- und Verstärkungselement durch einen Transistor oder Operationsverstärker gebildet ist.6. A circuit arrangement according to claim 4 or 5, that the or each switching and amplifying element is formed by a transistor or operational amplifier.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erster NTC-Widerstand (NTCl) einer ersten Transistorstufe (2) eine Reihenschaltung mit der Basis (Bl) eines ersten7. Arrangement according to claim 5 or 6, so that a first NTC resistor (NTCl) of a first transistor stage (2) connects in series with the base (B1) of a first
Transistors (Tl) und ein zweiter NTC-Widerstand (NTC2) einer zweiten Transistorstufe (3) eine Reihenschaltung mit der Basis (B2) eines zweiten Transistors (T2) bildet.Transistors (T1) and a second NTC resistor (NTC2) of a second transistor stage (3) forms a series circuit with the base (B2) of a second transistor (T2).
8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Emitter (El, E2) der Transistoren (Tl, T2) auf Masse (M) geschaltet sind und die Kollektoren (Kl, K2) der Transistoren auf den Ausgang (A) der Generatorschaltung (1) geschaltet sind.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the emitters (El, E2) of the transistors (Tl, T2) are connected to ground (M) and the collectors (Kl, K2) of the transistors are connected to the output (A) of the generator circuit (1).
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Durchstimmschaltung als eine Kapazitätsdiodenschaltung (4) ausgebildet ist.9. Arrangement according to one of claims 4 to 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the tuning circuit is designed as a capacitance diode circuit (4).
10. Anordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kapazitätsdiodenschaltung (4) durch eine Reihenschaltung einer Varaktordiode (VI) und einem Kondensator (Cl) gebildet ist, wobei der Ausgang (A) der Generatorschaltung (1) mit einem in Reihe zwischen den Kondensator und die Varaktordiode geschalteten Knotenpunkt (4A) verbunden ist. 10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the capacitance diode circuit (4) is formed by a series circuit of a varactor diode (VI) and a capacitor (Cl), wherein the output (A) of the generator circuit (1) with one in series between the capacitor and the varactor diode connected node (4A) is connected.
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