匹配晶体的温度补偿装置的制作方法

专利名称：匹配晶体的温度补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过确定振荡器中用的晶体的切割角度进行温度补偿的装置和方法。本发明还涉及用于确定振荡器中用的晶体的切割角度的同一性(或差异)的装置和方法。
具体地说，本发明要解决如何可以在时钟振荡器中实现有效的温度补偿而不必在生产过程中执行需要温度循环的估算程序的问题。本发明的温度补偿技术对于，例如，在多标准应用中使用两个各自具有晶体的时钟振荡器的所有应用(一个例子是GSM-AMPS双模式操作)都特别有用。因为利用两个“匹配晶体”的温度补偿要用两个晶体，所以它最适合于需要有两个用于操作基准频率的应用场合。例如，工作在GSM-GPS系统中的双模式用户站的两个基准频率要求13KHz和选定的基准频率(例如，SiRF公司已经选择24.5525MHz)两个不同频率。但是，本发明不限于基准振荡器中的应用，它还可以用于任何特定的应用目的的任何振荡器类型。
一般说来，在这样的晶体振荡器中，振荡频率的温度特性主要决定于各个晶体的谐振频率的温度特性，而本发明尤其针对补偿晶体振荡器的晶体谐振频率温度特性的这种谐振频率温度特性。但是，两个晶体振荡器中的任何其他电路元件可以按照本发明进行匹配，以便抵消温度对这样的其他电路组件的影响。因此，尽管在下文中本发明将参照用于振荡器的晶体的晶体匹配进行解释，但是本发明的概念一般地可以应用于决定振荡器谐振频率温度特性的其他电路组件的匹配。
背景技术：
晶体(晶体振荡器)对于无线电通信设备和许多其他要求非常稳定的谐振频率的电子电路而言是根本性的。非常高的品质因素(Q＝10000...5000000)和小的温度系数使它们作为频率振荡器电路中决定频率的元件最吸引人。特别有用的晶体是AT切割晶体，它覆盖从0.5MHz至30MHz的基本频率范围。下面的大部分考虑都针对AT切割的晶体，但应指出，本发明不限于这种特定类型的晶体。其他晶体类型也可以采用。
把晶体振荡器用于无线电通信设备时，由于与温度有关的频率飘移的缘故，长期稳定性是重要的。首先，振荡器最好在长的时间周期中保持预定频率的稳定，而与温度变化无关。其次，若存在周围温度变化造成的频率飘移，则最好进行意义明确的控制，以便把频率调回要求的频率。为了做到这一点，必须准确掌握AT切割晶体的温度特性。当然，晶体振荡器谐振频率的温度特性不仅决定于晶体本身谐振频率的温度特性，还取决于除晶体外的可能用于振荡器的其他有源电路。但是，在下文中，假定晶体振荡器谐振频率的温度特性主要取决于晶体本身谐振频率的温度特性。先有技术的描述前面已经指出，在先有技术中，为了获得晶体的意义明确的温度特性，已有几种解决方案可用。在操作过程中温度要发生变化的情况下，为了进行温度补偿，也必须了解温度特性。图1表示标准的13MHz晶体的可用温度范围、初始频率偏差、在整个温度范围内的频率飘移以及成本之间关系的一般观察。如图1所示，只有付出很高的代价才可能达到小的初始频率偏差和在整个温度范围内小的频率飘移。在合理的成本下(见100％成本的第一行)，必须预期相当于±30ppm的大的初始频率偏差和在整个温度范围内±50ppm的大的频率飘移。尽管选择在整个温度范围内低的频率飘移的晶体可能是建造在整个温度范围内频率飘移低的晶体振荡器直截了当的解决方案，但是这个途径肯定是成本非常高的。
如前所述，不以非常高的成本选择晶体，而是采取这样的替代途径，即选择价格适宜的晶体，提供频率控制输入(例如，电压控制的)的振荡器，并用这种频率控制输入作为与温度有关的控制信号，对振荡器的频率施加控制电压，依其温度变化将其调回到要求的频率上。例如，为了把晶体的，因而是振荡器的频率拉回要求的谐振频率(几个频率)上，可以在振荡器电路内采用电压控制的可变电容器。利用电压控制的晶体振荡器，可以采取不同的温度补偿原理。
第一个途径是采用预调偏控制信号电压，其中预调偏是温度的函数，而且选择预调偏以便抵消该晶体的频率飘移。例如，这样的与温度有关的控制信号可以由NTC/PTC(负温度系数/正温度系数)电阻网络产生。
对于数字式补偿的晶体，将晶体的温度响应(若已知)数字化并存入查寻表中。按照用温度传感器检测的当前周围温度及存入查寻表的数值，调整用于调谐振荡器的谐振频率的控制电压。这两种晶体振荡器都得到了广泛应用，并称为VCTCXO和DCTCXO。
实现晶体(或晶体振荡器)温度补偿的另外两个解决方案是，把晶体(或晶体振荡器)放入温度控制炉内。因为该温度通常都保持在远远高于最大周围温度的恒定温度上，所以晶体工作在恒定的温度下，因而与周围温度无关。这可以实现最低的与温度有关的频率飘移。
另一种途径是采用反馈回路来补偿温度的影响。在这种情况下，像DCF77那样使晶体振荡器与公共的频率标准(主时钟)同步，或者像GSM系统那样与基站同步。就是说，用于这样的反馈回路(例如，在GSM网络中)的晶体振荡器，假定有网络基准可用而且稳定，则无论何时，只要要求温度补偿的话，就可以把网络基准用于温度补偿目的。
尽管一般说来与温度有关的谐振频率飘移是不希望有的，而且要温度补偿用于重新调谐谐振频率，但在希望谐振频率强烈地依赖于温度的检测温度的地方，却可以有利地利用与温度有关的频率飘移。但显然，为了精确地调谐谐振频率，或者准确地进行温度测量，必须精确地了解频率飘移与温度的关系。就是说，越是精确地了解(测量)晶体的温度特性，就能更好地进行温度补偿或温度测量。但是，正如下面将要解释的，若晶体是从生产商处购得的，则要精确地了解晶体的温度特性很困难，或者至少费用很大。AT切割晶体的温度特性晶体可以看成是厚度剪切的振动器，其中所有的振荡器节点都位于谐振器内。对于一个大的谐振器和小的电极，所有振荡器的能量都集中在圆盘的中心，亦即在其环境下晶体的低阻尼固定点。于是，谐振频率主要由有效弹性决定，而AT切割的晶体基本模式的谐振频率可以表达为f＝1.660/d[KHz]，式中d为晶体圆盘的厚度。一般说来，这样的AT切割晶体的温度特性是一条三次曲线，其拐点一般在25℃和35℃之间，依晶体圆盘的实际切割角度和机械结构而定。三次温度特性df/f一般表达为df/f＝A1(T-Tref)+A2(T-Tref)^2+A3(T-Tref)^3 (1)若以拐点温度Tinv为基准代替初始温度Tref，则可以简化而得出df/f＝a1(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3(2)式中df/f[ppm]＝(f(T)-f(Txx))/f，Txx＝Tref，Txx＝Tinv频率偏差a3＝1.05E-5a1＝-0.84*dphidphi[min]＝phi_zz-phi_0phi_zz[min]＝切割角度phi_0[min]＝零角度
T[℃]＝温度Tinv[℃]＝拐点温度Tref[℃]＝基准温度正如从方程式(2)可以看到的，反转点的徒度取决于晶体的切割角度(phi_zz)，dphi是切割角度与所谓零角度phi_0之差，其中温度特性在拐点上具有水平正切。通过选择适当的切割角度，在温度特性上出现两个反转点，一个最大值低于Tinv，一个最小值高于Tinv。在这些反转点中的每一个上温度梯度均为0。另外，晶体直径和晶体表面曲率影响温度特性和拐点温度。图2和图3是查寻表和曲线图，分别表示角度dphi(因而还暗示切割角度)的不同数值下由方程式(2)求出的df/f值。
例如，若切割角度dphi(但实际上dphi是差值，为简单起见，在下文中dphi亦称切割角度，并假定零角度phi_0已知)已知为-4，而温度为5℃，出现-7.5600ppm的频率偏差，则通过向电压控制振荡器施加控制信号，这个频率偏差可以得到适当的补偿，使振荡器回到要求的中心频率。例如，若使用具有1ppm/伏的调谐灵敏度的振荡器，则应施加-7.5600伏的控制电压。
当向制造商购买晶体时，晶体的许多参数，诸如直径和厚度是可以预定的。但是唯独一样无法精确知道，但为精确补偿却又必须知道的是切割角度，因为它在晶体本身是无法测量的。因此，晶体的实际温度特性是未知的。更具体地说，若切割角度已知，则立即可以知道温度特性，并能进行温度补偿。因为它是未知的，所以为了测定晶体实际的温度频率特性，必须采用其他技术，现将说明如下。AT切割晶体频率飘移的测定为了测定某温度范围内AT切割晶体的频率飘移，一般只要在3个不同的温度下测量频率偏差即可。为了达到更高的精度，需要5个甚至更多不同的温度点。整个温度响应可以用外推法推算出来。可以采取额外的调谐步骤，来优化晶体的总体温度特性和预畸变网络，例如NTC/PTC(负温度系数/正温度系数)网络中补偿的振荡器或数字式补偿的振荡器。因为不可能一大批器件都保持所需的晶体温度特性，而且NTC/PTC网络也会受容差影响，所以需要调谐步骤。
但是，在不同温度下进行频率测量很费时间，而且要使用稳定的设备，这使温度补偿晶体振荡器比普通的振荡器昂贵得多。另外，必须通过调谐过程或微调过程，以便实现改善的总体温度特性，使晶体的温度特性与预畸变网络匹配。这可能是非常乏味的，而且在生产过程中要求几个工序，因而不希望有地使产品成本提高。
发明摘要如上所述，为了完成准确的温度补偿或进行准确的温度测量，晶体谐振频率的温度特性df/f的测定至关重要。但是，准确地测定这种温度特性并相应地调谐网络会加大成本，或者甚至可能不准确，因为不可能以高的准确度测量频率的温度特性。另一方面，若切割角度已知，则可以把图2的查寻表和图3的曲线或者事实上以数字方式存储的方程式(2)用于温度特性的准确确定，从而用于高度精确的温度补偿和温度检测。但是，选定的晶体的切割角度就是不能测定。
本发明的第一个目的是提供一种测定晶体切割角度的装置和方法，以便能够高精度地在振荡器中进行温度补偿。
本发明的第二个目的是提供一种可以确定不同批次选定晶体的切割角度差异或同一性的装置和方法。
第一个目的用一种通过测定用于振荡器中的晶体的切割角度进行温度补偿的装置(权利要求1)来达到，该装置包括第一晶体振荡器，后者包括第一晶体和第一调谐装置，所述第一晶体在一个角度下切割、具有第一谐振频率温度特性、适合于以由所述第一谐振频率温度特性决定的第一振荡频率的温度特性输出第一振荡频率，所述第一调谐装置用以响应所述第一控制信号调谐所述第一振荡频率、当第一控制信号具有第一内定值时、所述调谐装置把所述第一振荡频率调谐到预定的第一中心频率；至少一个第二晶体振荡器，包括第二晶体和第二调谐装置，所术第二晶体在一个与所述第一晶体相同的角度下切割、因而具有与第一晶体相同的谐振频率温度特性、并适合于以第二振荡频率温度特性输出第二振荡频率，所述第二调谐装置用以响应第二和第三控制信号调谐所述第二振荡频率、当第二控制信号具有第二内定值时、所述第二调谐装置把所述第二振荡频率调谐到预定的第二中心频率，当所述第三控制信号失效时，所述第二振荡频率的温度特性与所述第一振荡频率的温度特性相同，而当所述第三控制信号被启动时，所述第二振荡频率的温度特性又被调偏；第二晶体振荡器设置装置，用以启动所述第三控制信号，并将其设置成与温度有关的控制值；处理装置，包括第一/第二控制信号设置装置，用以把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置成所述内定值；至少一个频率比确定装置，用以当所述第一和所述第二控制信号设置为其内定值并启动所述第三信号和将其设置为与所述温度值相应的控制值时，确定所述第二振荡频率对所述第一振荡频率的频率比；存储装置，用以存储频率比参数与温度及切割角度的已知关系；以及访问装置，用以以所述温度和所述确定的频率比访问所述存储装置，并读出与此对应的切割角度。
另外，第一目的用通过测定用于第一和至少一个第二晶体振荡器的晶体的切割角度来进行温度补偿的方法(权利要求15)达到，所述第一和第二晶体振荡器具有第一调谐装置和第二调谐装置、用以按照第一、第二和第三控制信号调谐第一和第二振荡频率，其中当所述第三控制信号失效时，第一振荡频率的温度特性和第二振荡频率的温度特性相同，而若启动所述第一控制信号时，第一振荡频率的温度特性和第二振荡频率的温度特性不同，所述方法包括以下步骤把频率比参数与温度和切割角度的已知关系存储在存储装置中；使所述第三控制信号失效，并通过把第一和第二控制信号设置为其内定值而将所述第一和第二振荡频率调谐到它们的中心频率；启动所述第三控制信，并将所述第三控制信号设置为与温度有关的控制值；测量第一振荡频率和第二振荡频率，并确定代表第二振荡频率对第一振荡频率的比率的频率比参数；以所确定的频率比参数和所述温度访问存储装置，读出与此对应的切割角度。
第二个目的用一种确定振荡器中用的晶体的切割角度的同一性的装置(权利要求11)来达到，该装置包括第一晶体振荡器，后者包括第一晶体和第一调谐装置，所述第一晶体在一个角度下切割，具有第一谐振频率温度特性，适合于以由所述第一谐振频率温度特性决定的第一振荡频率温度特性输出第一振荡频率，所述第一调谐装置用以响应所述第一控制信号调谐所述第一振荡频率，当所述第一控制信号具有第一内定值时，所述第一调谐装置把所述第一振荡频率调谐到预定的第一中心频率；第二晶体振荡器，它包括第二晶体和第二调谐装置，所述第二晶体在一个角度下切割具有谐振频率的温度特性，适合于以第二振荡频率温度特性输出第二振荡频率，所述第二调谐装置用以响应所述第二控制信号调谐所述第二振荡频率，当第二控制信号具有第二内定值时，所述第二调谐装置把所述第二振荡频率调谐到预定的第二中心频率；由于第一和第二晶体的切割角度不同，所述第二振荡频率的温度特性与所述第一振荡频率的温度特性不同；处理装置，它包括第一/第二控制信号设置装置，用以把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置成它们的内定值；频率比确定装置，用以在不同于晶体拐点温度的测量温度下，确定代表所述第二振荡频率对所述第一振荡频率的频率比的频率比参数；存储装置，用以存储在所述测量温度下频率比参数与第一晶体的切割角度和第二晶体的切割角度的已知关系；访问装置，用以以所述确定的频率比访问所述存储装置，并读出与此对应的第一和第二晶体的切割角度；以及校准装置，用以根据所读出的第一和第二晶体的切割角度确定这些切割角度的同一性。
另外，第二目的通过用于确定第一和至第二晶体振荡器用的晶体的切割角度的同一性的方法(权利要求19)达到，所述第一和第二晶体振荡器具有第一调谐装置和第二调谐装置，用以按照第一和第二控制信号调谐第一和第二振荡频率，所述方法包括以下步骤把第一和第二控制信号设置为其内定值，后者用于将所述第一和第二振荡频率调谐到它们的中心频率；把在所述测量温度下频率比参数与第一晶体的切割角度和第二晶体的切割角度的已知关系存入存储装置；在不同于拐点温度的测量温度下测量第一振荡频率和第二振荡频率，并确定代表第二对第一振荡频率的比值的频率比参数；以所述所确定的频率比参数访问存储装置，读出与此对应的第一和第二晶体的切割角度；以及根据所读出的第一和第二晶体的切割角度确定这些切割角度的同一性。
按照本发明的第一方面，使用“匹配晶体的概念”，亦即使用切割角度相同(但未知的)、具有相向的温度特性的两个晶体，使得谐振频率-温度特性曲线相同。使用各自具有相同切割角度但谐振频率不同的晶体的第一和第二振荡器。由于两个晶体具有相同的切割角度，所以第一和第二振荡器的温度特性将会相同，但是，不知道切割角度本身，温度特性也就无从得知。把第三控制信号加到第二振荡器上，有意引起第二振荡器的温度特性对于第一振荡器温度特性的调偏。使用调偏状态下第一振荡器的谐振频率对第二谐振频率的频率比参数，在与第三控制信号的设置值对应的温度下从存储装置读出切割角度。然后用所确定的切割角度来确定所需的温度补偿。
因此，实质上通过以下方法导出有关切割角度的信息主动地使第二振荡器的温度特性对于第一振荡器的温度特性调偏并确定实质上对应于所述两种温度特性的差值的参数。
按照本发明的第二方面，若使用两个振荡器、它们具有两个不同切割角度(亦即来自不同的批次)的不同晶体，在测量温度下测定频率比参数，则根据所测定的频率比参数即可确定两个晶体各自的切割角度的差异和/或同一性(对称)。
本发明的其他有利的实施例和改进可以取自从属权利要求。但应指出，本发明还包括由在说明书和权利要求书中单独描述的特征构成的实施例。因此，下面所呈现的仅仅是发明者当前所设想的实施本发明的最佳方式。根据这里所传授的和所公开的，本专业的技术人员可以推演出其他有利的实施例。


图1表示按照先有技术具有不同特性的晶体典型的相对价格表；图2表示AT切割的晶体的一般温度特性的方程式(2)的表格表示法；图3表示与图2的表格方式表达对应的方程(2)的图形表示法；图4表示当两个切割角度相同因而温度特性相同的晶体用在图5的电路时，不同温度下的从计数器状态n_s；图5表示用于通过由从计数器sct读出从计数器值n_s而获得频率比参数的装置；图6表示图5电路中测量的选通时间T_m与温度的关系；图7表示按照本发明第一实施例通过测定切割角度进行温度补偿用的装置；图8表示图7中频率比测定装置FRDM的一个实施例；图9a表示关于按照本发明第一实施例的温度补偿的流程图；图9b表示采用图8的电路时用于测定频率比参数n_s的流程图；图10表示相对于主谐振频率温度特性调偏的从谐振频率温度特性；图11表示与图10对应的表，并表示与温度有关的不同的频率比参数n_s；图12表示图7中存储器的内容；图13a表示主振荡器的方框图；图13b表示包括从调谐装置STM的从振荡器，所述从调谐装置STM带有用第一和第二可变电容D1s和D2s实现的第一和第二从调谐单元；图14表示从振荡器的配置，所述从振荡器具有用加法电路和仅仅一个可变电容把振荡器调谐到它的中心频率的两个控制输入端；图15表示用于测定两个切割角度不同的晶体的同一性或差异的按照本发明的装置的第二实施例；图16a表示按照图15中的实施例测定切割角度同一性或差异的流程图；图16b表示图15中存储器MEM的内容；图17a表示两个不同温度的频率比参数n_s和主计数器值n_m的表；图17b表示按照图17a的25℃的数值n_s，n_m；图17c表示按照图17a的45℃的数值n_s，n_m；以及图18表示频率比参数n_s随温度的变化。
在这些附图中，相同或相似的标号代表相同的步骤或特征。
本发明的原理在描述本发明的详细的实施例之前，在这里作一些一般性考虑，以便便于理解本发明的核心方面。正如上面解释的，不可能仅仅在一个晶体上进行测量就测定确定温度特性所必须的切割角度。按照本发明的“匹配晶体的概念”采用至少两个切割角度相同因而具有相同温度特性的晶体。假定当在各自的振荡器电路中使用相同的晶体时，由于切割角度相同，各自振荡器的温度特性将是相同的，而且主要由晶体的温度特性决定。就是说，当然振荡器中的其他组件也会影响温度特性。但是，决定振荡器的谐振频率的输出温度特性的主要是晶体的温度特性。但在下文中，假定振荡器与温度有关的特性只决定于晶体的温度特性，而后者本身又基本上决定于切割角度。
尽管将就振荡器中晶体的切割角度的测定来描述本发明的原理和实施例，但是本发明的概念也可以用于电路中其他组件的温度特性的测定。
按照本发明的“匹配晶体的概念”是基于这样的认识，即对于来自同一批次(亦即来自同一块原料的同一批切片)的两个晶体，晶体的温度特性仍旧未知，但有一点已知的是，这两个晶体在很大程度上具有相同的温度特性，另一方面，这两个晶体的谐振频率都由晶体的厚度d决定，并假定至少两个晶体具不同的厚度，因而具有不同的谐振频率。
在下文中，尽管本发明的概念并不限于只使用两个晶体(晶体振荡器)，也可以用于两个以上的晶体(晶体振荡器)，只是为了便于解释，才考虑两个晶体。纯粹是为了便于定义，一个晶体被称作“第一或主”晶体，而另一个将称作“第二或从”晶体。
本温度补偿技术是基于完成频率测量，或者更加准确地说基于频率比测量，后者可用以确定晶体的与温度有关的频率飘移。基本概念是使主晶体或主晶体振荡器的温度特性相对于从晶体或从晶体振荡器的温度特性而调偏，并根据频率比测量确定切割角度。为了理解本发明，首先说明性地考虑图5中进行频率比测量或频率测量的电路。图4是一个表，表示相对频率偏差df_m/fc_m和df_s/fc_s和中心频率fc_m和fc_s的偏差与用图5中的电路获得的数值n_s、以及下面将要解释的数值Tc_m，Tc_s的关系的一个实例。
在电路5的电路中，主(第一)晶体振荡器m包括主晶体mc，它是在一个角度下切割的，并具有主谐振频率温度特性。主晶体振荡器m适合于以由主谐振频率温度特性决定的主振荡频率温度特性df_m/fc_m输出主振荡频率f_m。类似地，从晶体振荡器s包括从晶体sc，它是在一个与主晶体相同的角度下切割的，并因而具有与所述主晶体相同的谐振频率温度特性。从晶体振荡器s以从振荡频率温度特性df_s/fc_s输出从振荡频率f_s。因为主和从晶体都是在同一角度下切割的，所以它们具有由上列方程式(2)确定的同一温度特性。这里为完整起见再重复一次df/f＝a1(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3(2)在图5中，主晶体和从晶体的厚度不同，作为一个示例，为了获得图4中的值，采用了以下数值fc_m[MHz](25℃)＝13.000；谐振频率 (3.1)(主晶体)在25℃下给定；n_m64000最大主计数器状态m(3.2)fc_s[MHz](25℃)＝13.800；谐振频率(3.3)(从晶体)在25℃下给定；dphi12 切割角度与零角度之差(3.4)a1[1/℃]＝1.008 线性系数(3.5)a3[1/℃^3]＝1.05E-04 三次系数(3.6)Tinv[℃]＝25 拐点温度(3.7)d_m[mm]＝0.1277 谐振器厚度(主晶体)(3.8)d_s[mm]＝0.1297 谐振器厚度(从晶体)(3.9)图5中的操作大体如下。主计数器mct用主计数值n_m对频率f_m进行分频。就是说，主计数器mct对主晶体振荡器m的进行n_m个脉冲的计数后，分别将其输出置位和复位。因此，主计数器的输出周期Tm大于主晶体振荡器周期Tc_m。最大值比较装置MAX_CPM只在选通周期Tm内才把从晶体振荡器的输出脉冲送给从计数器sct。在选通周期Tm结束时，由从计数器sct读出计数值n_s，并将从计数器sct复位。在施加给主和从振荡器m，s的不同温度下测定若干个数值n_s。图4表示在方程式(3.1)-(3.9)的上列参数下所获得的数值的表。从图5中的电路操作中获得的图4中的数值可以计算如下fc_x[Hz](T)＝fc_x(25℃)*(1+df_x/fc_x) (4.1)Tc_m＝1/fc_m 主时钟周期(4.2)T_m＝n_m*Tc_m n_m个时钟周期的时间，亦即选通时间Tc_s＝1/fc_s 从时钟周期(4.3)T_s＝n_s*Tc_s n_s个时钟周期的时间 (4.4)n_s＝T_m/Tc_sT_m后计数器状态 (4.5)应该指出，在图4中，图5方程式(2)对主和从晶体温度特性都是有效的，因为两者具有相同的切割角度，也没有进行额外的调偏。但由于主晶体和从晶体的温度特性相同，所以即使在两个晶体在频率上都偏移同样数量(由于施加不同的温度)的情况下，主和从时钟频率之间的比率n_s也不会改变，因为df_m/fc_m＝df_s/fc_s。因此，若这两晶体(在切割角度上)足够匹配，则从晶体的频率永远受到这样的牵拉，使得主频率和从频率的比率(亦即n_s)在整个温度范围内保持不变，亦即n_s在整个温度范围内为常数。另外，在时间和频率之间存在线性关系，就是说，选通时间T_m越长，这两个频率之间的比率就越准确。
如图6所示，当然，选通时间T_m的温度特性随着温度而改变，因为主晶体振荡器的频率fc_m随着温度而改变，所以主计数器mct须要与温度有关的或多或少的时间来计数直到最大计数值n_m。比较图6和图3，因为对于较低的温度频率升高，所以主计数器mct较快地计数直到最大值，因而T_m较小。类似地，对于较高的温度，谐振频率fc_m降低，因此主计数器计数器mct需要较长的时间计数直到它的最大值，结果选通时间T_m较长。
从图4可以得出一个重要的结论。本质上，从计数器的数值n_s代表主晶体振荡器m和从晶体振荡器s输出的从振荡频率f_s对于主振荡频率f_m的频率比。但从图4可以看出，正如所预期的，实际上除了参数n_s外该表中所有的参数都随着温度t的改变而改变。实际上保持恒定的只有频率比参数n_s一个。当然，实际上什么也没有得到，因为数值n_s在整个温度范围内保持恒定，因此无法直接与特定的频率偏移或温度大发生关系。另外，正如所预期的，由于这两晶体具有相同的切割角度，故相对偏差df_m/fc_m和df_s/fc_s相同。就是说，即使使用一对其切割角度与图4所用的不同的不同晶体，结果仍旧与图4类似，就是说，相对频率偏差可能不同，但是n_s仍为常数，就是说，与温度无关。
本发明所基于的思想是使频率比n_s取决于温度。但是，若两个晶体都具有相同的(准备测定的)切割角度，则本发明的想法是实现从计数器的与温度有关的计数器状态，以便完成人为的温度特性的调偏，并预先在存储器中记录一个频率比参数n_s与温度t和切割角度dphi的关系的表。这个表可以这样地建立，即在图5的电路中插入一组具有特定切割角度的晶体，并在施加与预定的温度对应的调偏时测量或计算频率比参数。
这样，人为地将主和从晶体(振荡器)的相同的温度特性调偏，即可通过访问该表获得有关切割角度的信息，因而查找图2的表，通过切割角度按照方程式(2)可以确定温度特性。
下面将参照本发明的第一实施例解释这种将温度特性调偏的方法。第一实施例图7表示通过测定用于按照本发明的振荡器中的晶体的切割角度来进行温度补偿的装置的第一实施例。该实施例基于上述原理，亦即实现估计晶体的温度特性所必需的从计数器的与温度有关的计数器状态(频率比)，给从晶体振荡器加上一个外加的温度系数，并如图12所示对于切割角度和温度的不同的组合预先计算频率比参数n_s。
图7中的装置的工作原理与图5中的工作原理相似。但是，在图7中，将从晶体振荡器温度特性相对于主晶体振荡器温度特性调偏，再加上外加的装置和存储器，来测定切割角度dphi。
图8表示图7所示频率比测定装置FRDM的一个实施例。图9a，9b表示按照第一实施例的方法的流程图，图10和图11分别表示温度特性和两个温度特性(其中一个被调偏)的表，图12表示上述对于切割角度和温度的不同组合预先计算的数值n_s的表。图13和图14表示第一(主)和第二(从)晶体振荡器的不同示例，后者包括额外的调偏电路，用以将温度特性相对于第一(主)晶体振荡器温度特性调偏。
在图7中，主(第一)晶体振荡器m包括主晶体mc，它是在一个角度下切割的，并具有主谐振频率温度特性。主晶体振荡器m适合于以主要要测定的主振荡频率温度特性df_m/fc_m输出主振荡频率f_m。因此，与图5中的振荡器m相比主晶体振荡器m没有改变，因此，主晶体振荡器输出信号f_m的频率温度特性仍旧与上述主振荡频率温度特性相当。
df/f＝a1(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3(2)另外，主晶体振荡器m包括主(第一)调谐装置MTM，用以响应主控制信号m_ctl调谐主振荡频率f_m，其中所述主调谐装置MTM在主控制信号m_ctl具有预定的主内定值时，把主振荡频率f_m调谐到预定的主中心频率fc_m。主调谐装置MTM是把主振荡频率调谐到定义的值，例如方程式(3.1)的值所必需的。若，例如，周围温度为精确的25℃，则当然没有必要再次把主振荡频率f_m调整到它的中心频率fc_m上。但若周围温度不等于25℃(拐点温度)，则须要施加主(第一)控制信号m_ctl，以便使该频率回到中心频率。应该指出，当然，主控制信号的值无法预知，因为温度特性也是未知的。但是，通过测量主晶体振荡器m输出的主振荡频率f_m，可以求出在任何周围温度下主控制信号的值，用以把主晶体振荡器调谐回它的中心频率。
另外，在图7中，从晶体振荡器s包括从(第二)晶体sc，它是在一个与所述主晶体mc相同的角度下切割的，因而具有与所述主晶体mc相同的谐振频率温度特性。从晶体振荡器s以从振荡频率温度特性df_s/fc_s输出从振荡频率f_s。
从晶体振荡器s也包括从调谐装置FSTIM，SSTM，用以响应第二和第三控制信号s1_ctl和s2_ctl调谐从振荡频率f_s。
按照本发明，根据下列方程式(2’)，从振荡频率温度特性df_s/fc_s不同于主振荡频率温度特性df_m/fc_m。
df_s/fc_s＝a1(T-Tinv)+a1’(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3(2’)如图10和图11所示，外加的线性项a1’(T-Tinv)使从振荡频率温度特性不同于主振荡频率温度特性。开始测量时，从晶体振荡器也必须调谐到它的中心频率fc_s，例如，调谐到方程式3.3给出的值。除非周围温度刚好精确地为25℃，该温度下制造商定义了预定的频率，第二控制信号s1_ctl用来把从振荡频率f_s调谐到它预定的从中心频率fc_s。因为温度特性在测量开始时是未知的，所以无法预知第二控制信号应该设置为何值，因为这取决于温度特性和现存的周围温度。但是，通过测量输出频率f_s，可以把第二控制信号设置为把从晶体振荡器调谐到它的中心频率的值。
当第三控制信号s2_ctl失效时，从振荡频率的温度特性与主振荡频率的温度特性相同，而当启动所述第三控制信号时，从振荡频率的温度特性由方程式(2’)决定。
在本说明书中，当控制信号被描述为“失效”时，这意味着各自的调谐信号输入不用来进行频率调节。实际上，为了避免端子浮空，端子当然要设置到一个预定的(电压或电流)值(例如，调谐电压范围的一半)，使得例如调谐元件的电容(若调谐通过改变电容实现)采取一个完全确定的数值。另一方面，若该信号被描述为“启动”，这就意味着该信号用来有效地调节频率。
温度传感器TSEN设置来检测现存的周围温度。从晶体振荡器设置装置SSET从处理装置PM接收调偏控制信号DT，而温度T用温度传感器TSEN检测。从晶体振荡器设置装置SSET根据调偏控制信号DT使第三控制信号s2_ctl失效/启动。具体地说，装置SSET启动第三控制信号s2_ctl并将其设置为一个与温度传感器TSEN检测的温度T对应的控制值。这样，第二控制信号s1_ctl便基本上控制方程式(2’)所示的外加线性项a1’(T-Tinv)。当然，当施加一个与周围温度或拐点温度25℃对应的控制信号s2_ctl时，该线性项消失，主和从的温度特性将相同。如图10和图11中的表所示，在约25℃的周围温度下，频率的相对偏差相同。
正如上面解释的，为了以确定的振荡频率输出值开始测量，另一个主/从设置装置MS-SET输出第一和第二控制信号m_ctl，s1_ctl，以便在第三控制信号s2_ctl仍旧失效时把主/从振荡器调谐到它们的中心频率。
接收信号s1_ctl，s2_ctl的从调谐装置STM可以包括两个单独的调谐装置FSTM，SSTM，分别用于中心频率调谐和外加线性项的外加调偏。但是，第一和第二从调谐装置FSTM，SSTM也可以由单一装置构成，它同时接收控制信号s1_ctl，s2_ctl。
由于外加的线性项a1’(T-Tinv)由温度传感器TSEN实现，所以设置装置SSET和从调谐装置STM就是一个重要的方面，从晶体振荡器的两个实施例示于图13b和图14。如图13a所示，基本电路(用于主振荡器)作为示例示于Dieter Nuehman所著“ProfessionelleSchaltungtechnik”，Franzis Verlag，ISBN 3-7723-4002-4一书的第97页，它包括晶体sc、晶体振荡器V1的有源部分、电阻R1，R2，R3、电容C1，C2和“veri-cap”(其电容量取决于输入电流的可变电容)电路D1s。图13a，b和图14中的元件R1，D1s，例如，用来把振荡频率调谐到中心频率。主晶体振荡器m只包括图13a的电路，带有一个“vari-cap”电路D1s，因为主振荡的温度特性不被调偏。
元件D1s用于调谐各晶体的谐振频率的目的，以改变振荡器输出频率。调谐元件D1s提供与牵引晶体谐振频率的电容有关的电压(控制电压)。受控电压的内定值是把振荡频率准确地调谐到要求的中心频率(在正常温度下)，亦即晶体和电路初始允许误差的补偿。处理装置PM的主/从设置装置MS/SET向各自的元件D1输出各自的控制信号m_ctl，s1_ctl，以便把主/从振荡器调谐到它们的中心频率上。
如图13b所示，实现外加线性项的第一个可能性是提供第二控制信号s2_ctl和第二可变电容电路D2s。即使在没有控制电压施加在可变电容D2s上时，这将再加一些电容并联在C1上，因而第一控制信号s1_ctl将具有不同的值，以便把频率调谐到中心频率。所以，当没有控制电压施加在D2s上、亦即第二控制信号s2_ctl失效时，总可以为D1s找出一个控制电压，以便把振荡器调谐到预定的中心频率。一旦中心频率控制电压s1_ctl已经在测量开始时施加在电路上，就把另一个控制电压提供给D2s，以便实现该线性项。
线性项(温度/频率关系)可以容易地实现，例如，通过利用“IC温度传感器”，正如在例如，Michael X.Maida，National Semiconductor，application note AN225，4/79，“IC温度传感器提供热电耦编码-结补偿”中公开的。温度传感器的输出信号(与温度成线性的电压输出)馈送给晶体振荡器的第二控制输入s2_ctl。因此，由已经用第一控制信号s1_ctl调谐到它的中心频率的振荡器开始，它对于这个中心频率的频率偏差与温度变化是线性的。
实现与温度有关的控制信号的另一个简单的示例是利用具有约-2mV/K的pn结的温度依赖性。取决于所要求的精度，也可以使用一个具有完全确定的特定的温度/输出信号关系的易于获得的温度传感器。振荡器是众所周知的，有电压控制型或电流控制型。图13a，13b和14表示电压控制型，但是，图7和图15中的装置也可以适合于电流控制型。
当然，应该指出，原则上在可变电容D2s中存在一种非线性的电压/电容关系，但在某些条件下(小的控制电压摆动，线性化等用的外加电容(固定值))，对于完全的振荡器，可以实现总体线性的控制电压/振荡器频率关系。这样，线性控制电压/振荡器频率关系便得出线性频率偏移对温度的关系。
另一方面，原则上，若已知是非线性关系或者甚至采用不同的调谐电路，则还可能实现非线性项，而不是方程式(2’)中表示的线性项。本发明重要的特征是用某种办法实现主/从振荡器温度特性的完全确定的调偏。对本发明而言，无论这是线性还是三次方都无关紧要，尽管最好是线性调偏。当然，尽管在这个阶段上温度特性仍旧是未知的，但是至少在测量开始之前外加的调偏是完全已知的，就是说，振荡器输出频率对于温度的线性偏移的程度可以测量，亦即人为的线性项是完全确定的(当然，尽管总体的温度特性仍旧未知)。
当然，下面将指出，也可以使用图14中的电路，这里设置电压组合器网络(电阻，运算放大器)，它组合了第一和第二控制电压s1_ctl，s2_ctl。所得的控制电压s_ctl最后施加在单一的可变电容D1上。在这种情况下，首先用使第二控制输入s2_ctl失效(没有电压施加在这个输入上)的办法进行中心频率的调整，并调整控制电压s1_ctl来实现中心频率调谐。然后，固定控制电压s1_ctl，并通过把第二控制输入s2_ctl上的电压设置为由温度传感器TSEN检测的温度来开始测量。
现将会明白，图7中的从调谐装置STM一般可以构成得像图14一样，亦即从调谐装置STM包括加法器ADD、电阻R1和元件D1。或者图7中的第一和第二从调谐装置FSTM，SSTM可以采用图13b中所示的双配置R1，D1s，D2s。利用外加线性项测定切割角度的方法示于图9a。在步骤S2开始实际测量之前，将频率比参数n_s与温度T和切割角度的已知关系存入存储装置MEM，例如，EEPROM(电可擦除可编程存储器)。这个存储器的内容示于图12。预先通过输入若干个切割角度已知的晶体，并在图5中的电路上测量频率比参数n_s，即可把该关系作为查寻表存起来。应该指出，因为原理上AT切割的晶体的频率与温度的关系从方程式(1)或(2)是已知的，故当然也可以预先计算图12中的关系。
在步骤S1把图12中的关系存入存储器MEM之后，按照本发明方法的第一实施例进行以下步骤。在步骤S1把图12所示的频率比参数n_s与温度T和切割角度的已知关系存入存储装置MEM。在步骤S2，为了具备规定的开始状态，主/从设置装置MS-SET向主调谐装置MTM和第一从调谐装置FSTM输出控制信号m_ctl和s_ctl，以便把主晶体振荡器和从晶体振荡器调谐到它们的中心频率fc_m和fc_s上，正如在方程式(3.1)和(3.3)中指出的。
把该频率调谐到中心频率时，令用于将温度特性(亦即用于实现线性项a1’(T-Tinv))调偏的第三控制信号失效，亦即中央处理单元只向主/从设置装置MS-SET给出中心控制CT，并关断提供给从设置装置SSET的调偏控制信号DT。如上所述，根据调谐装置的实现方法，例如在图13b，14中，可以施加一个控制电压，以便通过可变电容电路调谐频率。这样的内定值是在正常温度下把振荡器调谐到它们的中心频率的那些数值。控制信号m_ctl和控制信号s_ctl这样的内定值存储在EEPROM中。因此，进行步骤S2之后，主和从振荡器工作在它们的中心频率上。若图7中的电路工作在一个并非周围温度的预设温度下，则可以监视振荡器的输出，并施加相应的控制信号把频率调谐到中心频率上。
在步骤S3中央处理单元CPU输出调偏控制信号DT，并把温度传感器TSEN的输出电压馈送到从设置装置SSET和频率偏差测定装置FDDM的一个输入端，下面将对此作出解释。就是说，当控制信号DT输出到SSET装置时，温度传感器TSEN的输出电压(或者可能是其电压电平的转换版本)作为控制信号(电压)s2_ctl馈送到调谐装置STM，例如若从调谐装置STM用两个不同的装置FSTM，SSTM实现，则馈送到第二从调谐装置SSTM。正如参见方程式(2’)所述，从调谐装置STM这样的设置将把主振荡器的谐振频率温度特性相对于从振荡器调偏(见图10)。
在步骤S4，频率比参数测定装置FRDM测量输出频率f_m和f_s，并测量代表从振荡频率f_s对主振荡频率f_m比率的频率比参数n_s。因为主振荡器未经历调偏，所以主振荡器的输出频率f_m当然仍旧处于其中心频率fc_m上。本质上，频率比参数n_s可以用上面解释的方程式(4.5)描述。
在步骤S5，把频率比参数n_s输出到访问装置AC，后者由中央处理单元CPU用访问控制信号ACC控制。访问装置AC访问存储器MEM中如图12所示的频率比参数n_s与温度T和切割角度的已知关系。另外，温度T用于步骤S5的读出过程。如上所述，已经存储了图12中已知的关系，后者是，例如，针对若干个具有不同(已知的)切割角度的不同的晶体在用于图7中的电路时测得的。就是说，图12中的表对应于已经分别在从温度特性根据特定的温度调偏的情况下进行测量而得的测量值。访问该表或存储器MEM中已知的关系时，在温度传感器TSEN所测得的各个温度T下，确定测得的频率比参数n_s与表中数值最匹配的数据。例如，若温度传感器TSEN测得的温度为+15℃，而频率比参数n_s为1280025600,0001，则最匹配的项是(框起来的)数值128002560,0000，因此，测得的切割角度dphi为2。图12中列出的具体数值是在方程式(3.1)，(3.3)，(3.6)，(3.7)，(3.8)，(2)，(2’)，(4.1)所列示例值连同下列一组参数下记录下来的n_m[]＝130000000最大计数状态(max_counter_state_m)(3.2’)dphi_m[min]＝(主和从晶体的)切割角度和零角度的差值(3.4’)a1[1/℃]＝-0.084*dphi线性系数；(3.5’)a1’[1/℃]＝-0.5从晶体外加线性温度系数 (3.9)T[℃]＝周围温度； (3.10)于是，可以看出，如图12所示，引入外加的线性温度系数，使得对于每一个单独的切割角度和温度都有一个唯一的频率比参数n_s。根据一个唯一的n_s，即可从图12确定切割角度。于是，由于切割角度已知，故步骤S5之后温度特性基本上已知。
在存储器MEM’中，存储着晶体的依赖于温度的谐振频率特性(见图2)与温度和切割角度的关系。然后频率偏差测定装置FDDM以所测定的切割角度dphi和温度T访问存储在存储器MEM’中(例如，按照图2存储成查寻表)的这种关系。例如，当温度相当于25℃，而切割角度测定为4时，读出5.8800ppm的数值。若主和从调谐装置MTM，STM通过，例如，以1ppm/伏调谐频率的可变电容进行调偏，则须要向调谐装置施加5.8800伏的电压，以便重新调整频率。于是，若周围温度偏离拐点温度，则可以进行准确的温度补偿。就是说，当周围温度偏离拐点温度时，控制信号m_ctl和s_ctl的标称内定值实际上不能把主和从振荡器调谐到它们的中心频率，因为只有在周围温度与拐点温度相同时才是如此。只有最后从图12所示的关系中读出的数值才会给出当周围温度不是拐点温度时为温度补偿而实际上必须施加在振荡器上的调谐电压的准确数值。
应该指出，当然只有测出切割角度，按照方程式(2)的温度特性才是已知的，因而图2的表只是一个例子，说明如何利用查寻表求出相应的频率偏差，从而求出适当的调谐电压。原则上，一旦按照图9a步骤S1-S5测定切割角度，就可以求出温度补偿电压。
一旦求出两个晶体的切割角度，便可以用处理单元计算适当的控制电压，施加在这些振荡器输入端m_ctl和s_ctl上，以便把振荡器调回它们的中心频率。现在振荡器可以从图9a中运行的“计算模式”变为在以下情况下运行的所谓“正常模式”这时第三控制信号s2_ct1切换为关断，亦即把控制信号DT切换为关断，而振荡器工作在它们所要求的中心频率下。温度和温度补偿控制电压的数值保存在存储器MEM’中，并且是针对感兴趣的温度范围进行收集。由于无需外部设备，运行的计算模式便可以在制造商的现场上或在任何时候，甚至在现场设备短缺，在温度循环的过程中完成。
如图12所示，原则上，一个数值就足以确定切割角度。但是，为了改善测定的准确度，可以在若干个不同的温度下测定切割角度。就是说，若有意提高或降低温度(给振荡器加热或冷却，或者周围温度发生变化，在这种情况下无需施加温度的装置，例如加热器或冷却器等主动地进行加热或冷却)，则可获得不同温度下的几个频率比参数，使引用图12进行的切割角度计算更加准确。一旦整个温度范围都由足够数目的步骤描述，亦即dphi以足够的准确度测定，就可以利用存储在存储器MEM’中的数值，或者利用dphi的数值，而不是重复进行操作的计算模式，来对晶体进行温度补偿。
另外，应该指出，还可以设置多个从振荡器，每一个具有不同的标称中心频率，但每一个都利用来自同一批次的晶体，亦即切割角度相同的晶体。这时利用几个图12所示的表，测定几个频率比参数。对根据几个频率比参数求出的切割角度求平均，就可以完成准确度较高的切割角度测定。
在下文中，将参照图8和9b描述图7所示频率比参数测定装置FRDM。频率比参数测定装置FRDM包括主计数器mct，用以对主振荡频率f_m的主振荡频率脉冲进行计数；从计数器sct，用以在步骤S41对从振荡频率f_s的从振荡频率脉冲进行计数；以及最大值比较装置MAX-CMP，用以在步骤S42把主计数器的计数值n_m与确定的最大值n_mmax加以比较。处理装置PM还包括复位/读出装置RST-ROUT，它适合于在所述最大值比较装置CMT测出主计数器计数值达到了所述最大值n_mmax时，在步骤S51读出主计数器计数值n_s，作为所述频率比参数n_s，并在这种情况下复位主和从计数器mct和sct。在这种情况下，如图8所示，访问装置AC在步骤S52利用计数器的数值n_s作为确定频率比的参数，访问存储器MEM。
正如在方程式(4.5)举例示出并参照图5描述的，计数器的数值n_s是从频率对主频率的频率比的一个量度。因此，无论何时，只要主计数器mct输出的并代表脉冲数的数值n_m达到最大值n_mmax，复位/读出装置RST-ROUT就向从计数器sct和主计数器mct输出复位信号RST-S，RST-M。上述程序用图9b的步骤S41，S42，S51，S52举例说明。
从图12可以非常明显地看出，为了在如同图8中实现的频率比参数测定装置FRDM中给出差别足够大的数值n_s，测定dphi的分辨率取决于数值n_m。在采用锁相环来产生射频信号的无线电系统中，这些信号可以用来馈送到主和从计数器。因为射频频率是从基准频率(主晶体/从晶体)提供的，所以方程式(4.5)的关系仍旧有效。因此，可以增大n_m，而不会增大执行操作的计算模式所需的时间(例如，GSM系统，发射机频率897MHz＝69×13MHz)。当然，在较快的操作计算模式的优点和电路复杂性及电流消耗增大之间要进行权衡。
另外，可以通过测量从计数器最后一次加一和选通周期结束之间的时间(＝几分之一从周期)来进一步增大分辨率。可以把按照与一个从时钟周期的分数成正比的方式充电电容用于此目的。电容电压经过AD转换，并代表从计数器最后一次加一和选通周期结束之间的时间。第二实施例如上所述，在第一实施例中，为了把从晶体振荡器的频率特性调偏，给从晶体(振荡器)的温度特性加上一个外加的线性温度系数。不难明白，这基本上相当于在从和主振荡器中使用切割角度不同的两个不同晶体的情况。就是说，若对温度特性不施加调偏，则频率比参数可以用来评估主和从振荡器中所用的两个晶体的切割角度在多大的程度上相同(或不同)。现将参照图15，16a，16b就这个方面描述本发明的第二实施例，在下文中，这种操作模式称为操作的“校准”模式。
对第二振荡器不有意加上额外的线性项或额外的调偏时，频率特性对温度的主要依赖关系可以用以下两个方程式表述df_m/fc_m＝a1(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3(5.1)df_s/fc_s＝a1(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3 (5.2)
这些方程式相当于其中没有施加额外调偏时的方程式(2)。另外，方程式(4.1)同样可以应用于第二实施例，亦即频率比参数n_s作为代表主振荡频率对从振荡频率的频率比的比率T_m/Tc_s计算。利用方程式(5.1)，(5.2)可以如方程式(6)所示地计算不加额外的线性项时频率比参数n_s的一般关系n_s＝{n_m/(fc_m*(1+(a1_m(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3)*1e6)}*{(fc_s*(1+(a1_s(T-Tinv)+a3(T-Tinv)^3)*1e6))(6)在方程式(5.1)和(5.2)中，两个频率特性是不同的，因为由于切割角度不同而使线性项a1_m和a1_s不同，因为这两个参数分别取决于主和从振荡器晶体的切割角度。因此，方程式(6)表示频率比参数n_s与主晶体的切割角度及从晶体的切割角度的关系。频率比参数n_s与两个晶体的切割角度的这种关系可以记录(预先计算，或作为表存储)在图15所示的存储器MEM’中。(另见图16a的步骤S3’)。所存储的关系表示为图16b中的针对下列数值的查寻表。在图16b中，主晶体的谐振频率由方程式(3.1)给出。另外，方程式(3.2’)用于计数器最大值状态n_m。此外，从晶体的振荡频率由方程式(3.3)给出。主和从振荡器的线性系数a1_m和a1_s分别由方程式(3.5’)给出。三次系数a3_m和a3_s分别由方程式(3.6)给出。正如方程式(3.5)给出的，拐点温度为25℃。图16b中方程式(6)已经对其进行计算的温度T是T＝45℃。
确定“切割角度相同”的程序示于图16a。在步骤S2’，第一和第二控制信号设置为它们的内定值，亦即在基准温度下把各自的振荡器调谐到中心频率的内定值。在步骤S3’，由方程式(6)或图16b的表反映的预定关系存入存储器MEM中。在步骤S7温度传感器TSEN测量周围温度，或者由温度施加装置HEAT主动地向第一和第二振荡器m，s提供预定的测量温度。测量温度可以高于或者低于基准温度，亦即温度施加装置HEAT可以加热或冷却第一和第二振荡器m，s。
在步骤S7方面应该指出，温度施加装置HEAT只是作为最佳实施例使用，因为若当前的周围温度不同于拐点温度，则在周围温度下也就可以进行频率比参数的测定。
在步骤S4，如上所述，测量温度不同于晶体拐点的温度，测定代表所述振荡频率f_s对所述第一振荡频率f_m的频率比的频率比参数n_s。作为一个示例，测量了周围温度的T为45℃，这当然不同于按照方程式(3.7)的25℃的拐点温度。对于上面给定值的，作为一个示例，测得的频率比参数为n_s＝127997849,61626。
在步骤S5’，用n_s的这个数值来访问方程式(6)中的关系，亦即访问，例如，图16b中的已经根据方程式准备好的查寻表。如上所述，主和从晶体的各自切割角度将直接影响参数a1_m和a1_s，因此这个关系可以预先记录在存储器MEM’中。以该值访问该表时，搜索预先记录的n_s值和测得的频率比参数之间的最接近的匹配。dphi_s＝6.0l/℃和dphi_m＝4.0l/℃下从晶体的数值之间求出接近的匹配。于是，在步骤S5’读出与所测得的频率比参数n_s对应的第一和第二晶体切割角度。
在步骤S9，通过确定所测定的切割角度或测定的切割角度的比率可以计算切割角度是否相同。
在步骤S2’，S3’，S7，S4，S5’和S9的上述程序中，重要的是进行测量的周围温度必须不等于拐点温度，因为对于切割角度的任何组合，频率比参数在这个温度仍旧保持不变。因此，若在步骤S7，周围温度刚好等于拐点温度，则步骤S5的结果没有意义，因此在步骤S8通过在步骤S7设置新的测量温度(步骤S8的“是”)，进一步进行测量。如前所述，一种可能性是，通过用温度施加装置HEAT主动地设置新的温度，第二种可能性是，人们只好一直等到温度传感器TSEN测得的周围温度取不同的值。
在上述程序中，应该指出，就第一实施例对频率比参数测定所做的所有描述(图7，8)同样地适用于第二实施例。
如上所述，按照第二实施例，只须要在一个不同于拐点温度的温度下进行一次温度测量，并且只须要在这个不同的测量温度下测定一次频率比参数。但是，当然也可能在几个不同于周围温度温度下重复进行测量，然后对每一个测量获得的频率比参数求平均，以提高准确度。然后以平均频率比参数访问方程式(6)或图16b中的查寻表。
如上所述，若两个晶体具有不同的切割角度-后者可以如上所述地测定-则这两个晶体与温度有关的频率特性不同。也可以利用第二实施例进行温度补偿如下。
如图16a所示并如上所述，在周围温度刚好等于晶体拐点温度的情况下必须使用从步骤S7，S4，S5’，S8回到步骤S7的循环。但是，该循环也用来在可以等于周围温度或甚至是拐点温度的第一温度下测定第一频率比参数。所测得的频率比参数n_s(T1)存入存储器，其中T1是第一测量温度。然后重复进行频率比参数，可以由于环境变化，或者可以主动地用设置温度施加装置HEAT而达到不同于第一温度T1的第二温度T2。这个第二频率比参数n_s(T2)也可以存入存储器MEM’。为了使两个频率特性相同，可以把控制电压施加在主振荡器或从振荡器上，以便调谐频率直至在第二温度T2下测得频率比参数等于在第一温度(周围温度或拐点温度)下测量的频率比参数。通过在多个第二温度T2下重复进行频率比参数测量，可以为每一个温度T2获得使频率特性相同的控制值。
这样，例如，如图9b所示，用频率比参数测量装置FRDM对每一个不同的设置温度测定频率比参数n_s。如图16a中步骤S8的循环所示，对在步骤S7施加的若干个不同温度值进行频率比测量。如图18所示，频率比参数n_s不再在整个温度范围内保持恒定。这意味着，每一个单个的频率比参数都可以与唯一的谐振频率和温度相关。
作为第一示例情况，可以假定，所用的两个晶体具有不同的切割角度(亦即，它们是来自不同的批次)，但是它们的温度特性-由于切割角度不同-只是在线性项上不同。这相当于第一实施例的情况，只是在第二实施例的情况下线性偏差项并非用调偏装置主动调偏造成的，而是两个晶体之间切割角度上偏差造成的。在这种情况下，切割角度和差异可以像上面解释那样获得。若切割角度已知，则当然易于把一个控制电压施加在一个或两个振荡器上，因为温度特性从方程式(5.1)和(5.2)明确已知。
第二示例情况是当无法假定切割角度的差异与线性项a1’偏差对应，亦即切割角度上的差异不会导致两个在线性项不同的两个温度特性时的情况。有一种可能性是通过假定不同的，例如二次或三次偏差来实现图16b的计算。然后，如上所述地进行测定切割角度的程序。
另一种可能性是，若没有有关偏差类型的信息，是线性或是三次偏差可用，则在中心频率设置上测定第一频率比参数n_s。然后，使振荡器暴露于第二温度(结果n_s改变)，然后，把控制电压(或电流)施加在两个振荡器中的一个上，把n_s值重新调整到在第一(周围)温度下测定的数值上。如上所述，可以建立一个表，对于每一个温度值，给出一个补偿温度特性差异的控制值，亦即给出一个必须施加在两个振荡器中的一个上使两个温度特性相同的控制值。从而，在这种情况下该控制值补偿因不同的切割角度造成的温度特性上的差异，而与是否知道偏差的类型(线性、二次或三次等)无关。在这种情况下，切割角度的差异无法像第一实施例那样直接测定，但是，把频率比参数重新调整到在周围温度下测定的数值上的调谐信号的大小，指示出切割角度上差异的程度。
如上所述，频率比参数的测定可以用来提供使两个温度特性变得相同所必须的控制电压(或电流)。于是，若使用，例如，具有来自不同批次的两个不同晶体的两个振荡器，则可以按照第二实施例完成第一预调谐步骤，测定使温度关系相同的与温度有关的控制电压。
然后，可以按照第一实施例实际测定切割角度。若，例如，按照第二实施例第二(从)振荡器接收调谐电压信号，使从温度特性与主振荡器的温度特性匹配，则这相当于抵消切割角度的差异。然后，若按照第一实施例测定切割角度，则主振荡器的晶体的切割角度被测出。或者，若按照第二实施例主振荡器接收调谐电压，则测出从晶体的切割角度。
这样，如图16a中步骤S9所示，可以根据所测得的频率比参数确定切割角度的相同(或不同)，亦即对称性。如上所述，在参照图4所作的引言中，若两个切割角度相同，并且在从振荡器上不施加调偏，则显然频率比参数应该总是相同的，而且与所施加的温度无关。
图17a，17b，17c表示主计数器状态n_m和频率比参数n_s(亦即，从计数器状态)之间的差异或偏差，以便当频率比参数测定装置FRDM如图8所示地实现时确定切割角度上的偏差(按照第二实施例)或确定切割角度(按照第一实施例)。
如图17b所示，对于25℃的温度，过一段约5000微秒时间之后，可以检测到n_m和n_s数值上的偏差。图17c示出对于温度45℃的同一关系。图17a列出数值。因此，图17表明，为了检测出计数器数值上的差异需要一段时间。当然，这也取决于所用的频率(达到某个计数器状态所需的时间显然取决于频率)、实际切割角度的差异、差异的程度和类型以及对于n_s的检测分辨率。例如，在图17b中，若参数n_s可以以一个非常高的分辨率分辨，则2000微秒就够了，但是在5000微秒下可以使用较低的分辨率。本专业的技术人都会根据振荡器的频率、两个温度特性偏差的程度和类型(按照第一实施例彼此相对调偏)或切割角度(按照第二实施例)推算适当的分辨率。
另外，应该指出，在上述实施例中，已经假定，在按照第一实施例和第二实施例分别用于测定切割角度或切割角度的同一性的整个温度范围内，线性系数a1，a1_m，a1_s是恒定的。但是，应该指出，第一和第二实施例也可以用在这些线性系数在整个温度范围内不是恒定的、亦即线性系数还与温度有关、像a1＝f(T)的情况。在这种情况下，可以把所考虑的温度范围再细分为子温度范围，在其中线性系数分别假定为常数，并分别在这些子温度范围内执行上述程序。其他实施例/优点如上所述，根据方程式(4.1)确定频率比参数是假定谐振频率的温度特性主要受晶体温度特性影响。但是，应该指出，方程式(4.1)也可以修改，以便考虑振荡器中也会影响温度特性的其他组件。因此，本发明不限于温度特性完全只受晶体的温度特性影响的特殊情况，而且可以应用于温度特性也受其他因素影响的一般情况。
温度补偿技术可以特别有利地用于以第一和至少一个第二基准频率工作的通信系统的用户站(例如，移动电话)。例如，GSM和GPS系统用的以两个频率(13HMHz/24.5525MHz)工作的双模式工作站采用两个不同的振荡器时可以从温度补偿中获得好处。一般说来，用户站可以是多标准通信装置，亦即是一种能够按照一个以上的标准工作的装置。一个示例是双或三模式装置或移动台或GSM移动电话，包括GPS或GSM移动电话，包括WECT。要求相同或不同晶体振荡器频率的标准可能包括例如在移动通信中GSM 999，GSM 1800或GSM 1900(GSM标准)，AMPS，DAMPS，PDC，CWDMA或UMTS标准和/或，例如，在定位装置中，GPS，Glonass，EGNOS，WAAS或它们的组合。
利用这样的温度补偿技术可以获得许多好处。首先，所有的初始调整可以在室温下进行，亦即无需温度循环，这使成本降低。所有调谐工作可以以数字方式进行，例如无需激光微调电阻网络。操作的计算/校准模式无需外部附加设备。这个概念只需“简单的”电路元件，诸如计数器和温度传感器。在移动电话中，计数器作为PLL电路现有的部件已经存在，因而这些部件可以用作图8中温度补偿技术用的简单的计数器。在大部分移动应用中，已经使用温度传感器，它可以用于频率特性的调偏。足够的处理能力和EEPROM从动装置也可以重复利用。
温度补偿的准确度显然取决于晶体振荡器切割角度的差值，而不是绝对值。从同一原料切片获得切割角度匹配的晶体比获得切割至一个绝对角度的切片要容易得多。这对振荡器的其余电路(特别是调谐元件)元件也是如此。通过无需外加硬件的校准程序可以改善切割角度差异的准确度。因此，即使切割角度不同，首先可以在校准模式下测定切割角度，然后可以在校准模式下利用这个相对偏差来确定绝对角度。最方便是生产切割角度相同的晶体(质量较高的优点)，而不是制造具有确定切割角度差的晶体。
晶体在整个温度范围内频率偏差方面的规格可以放松，这也会降低成本。如上所述，在双模式应用中，总是需要两个不同的基准频率，主和从振荡频率根据标准选择。不用两个须要分别温度补偿的单独的晶体振荡器，而用两个具有来自同一批次的晶体的振荡器，然后在单个步骤中进行温度补偿。
匹配的晶体还可以装在一个罩子内，亦即以较低的包装成本发货。本发明也可以作为完全集成的基准源的基础，因为系统的准确性与(切割角度、振荡器的有源器件)相对值而不是绝对值有关。另外，上述与温度有关的频率飘移的估计，因而补偿当然不限于AT切割的晶体，而是也可以扩展到其他的晶体类型。
最后，本发明一个最大的优点是，为了进行校准，无须进行初始的在整个温度范围内的扫描。
尽管在上述示例中频率调谐是参照利用电压来调谐频率的特定示例进行描述的，但应指出，也可以采用任何其他类型的频率调整，例如，振荡器的电流频率控制。因此，以上有关电压控制所作的所有描述都可以应用于电流控制。工业应用当然，本发明不限于远程通信的任何应用，而是也可以用于其他使用具有晶体的振荡器的装置。另外，尽管已经参照匹配两个晶体描述了本发明，但应明白，振荡器中的任何其他组件也可以代替晶体，以便对其进行类似的温度补偿技术。
此外，本发明当然也不限于特定的实施例和这里包含的技术，本专业的技术人员可以在本公开的基础上进行其他修改和改变。另外，本发明也不限于已经描述的实施例，本发明的其他实施例可以包括在权利要求书和在说明书中单独列出的特征。
本发明的范围只受后附的权利要求书限制。这些权利要求的号码只用于举例说明的目的，并不限制保护范围。
权利要求
1.一种通过测定用于振荡器(s，m)的晶体(mc，sc)的切割角度(dphi)进行温度补偿所述的装置，它包括a)第一晶体振荡器(m)，包括第一晶体(mc)，它在一个角度下切割，具有第一谐振频率温度特性，适合于以由所述第一谐振频率温度特性决定的第一振荡频率的温度特性(df_m/fc_m)输出第一振荡频率(f_m)；并且包括第一调谐装置(MTM，D1m)，用以响应第一控制信号(m_ctl)调谐所述第一振荡频率(f_m)，当所述第一控制信号具有第一内定值时，所述第一调谐装置(MTM，D1m)把所述第一振荡频率(f_m)调谐到预定的第一中心频率(fc_m)；b)至少一个第二晶体振荡器(s)，包括第二晶体(sc)，后者在一个与所述第一晶体(mc)相同的角度下切割，因而具有与所述第一晶体(mc)相同的谐振频率温度特性，适合于以第二振荡频率温度特性(df_s/fc_s)输出第二振荡频率(f_s)；并且包括第二调谐装置(STM；FSTM，D1s；SSTM，D2s)，用以响应第二和第三控制信号(s1_ctl，s2_ctl)调谐所述第二振荡频率(f_s)，当所述第二控制信号具有第二内定值时，所述第二调谐装置(FSTM，D1s)把所述第二振荡频率(f_s)调谐到预定的第二中心频率(fc_s)；以及当所述第三控制信号失效时，所述第二振荡频率的温度特性与所述第一振荡频率的温度特性相同，而当启动所述第三控制信号时，所述第二振荡频率的温度特性被调偏；c)第二晶体振荡器设置装置(SSET)，用以启动所述第三控制信号(s2_ctl)，并将其设定为与温度有关的控制值；d)处理装置(PM)，包括第一/第二控制信号设置装置(MS-SET)，用以把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置为其内定值；至少一个频率比确定装置(FRDM，mct，sct)，用以当把所述第一和所述第二控制信号设置为其内定值，并启动所述第三信号和将其设置为与所述温度值相应的控制值时，测定代表所述第二振荡频率(f_s)对所述第一振荡频率(f_m)的频率比的频率比参数(n_s)；存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)，用以存储频率比参数与温度(T)及切割角度的已知关系(6.7)；以及访问装置(AC)，用以以所述温度和所述确定的频率比参数(n_s)访问所述存储装置(EEPROM，MEM)，并读出与此对应的切割角度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二调谐装置(FSTM，D1s；SSTM，D2s)包括第一和第二调谐单元(FSTM，D1s；SSTM，D2s)，所述第一调谐单元(FSTM，D1s)受所述第二控制信号(s1_ctl)控制，而所述第二调谐单元(SSTM，D2s)受所述第三控制信号(s2_ctl)控制。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一晶体(mc)和所述第二晶体(sc)取自同一批次。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述存储装置(EEPROM，MEM)适合于存储查寻表(6.3)，后者包含代表所述第一对所述第二振荡频率(f_m，f_s)的所述频率比参数(n_s)的预先计算的数值，与所述调偏的第二振荡频率温度特性一致地依赖于切割角度(dphi)和温度(T)；其中所述访问装置(AC)适合于以所述测定的频率比参数和所述预定的温度值(T)访问所述存储装置(MEM)，并读出与所述温度值对应的切割角度和与所述测定的频率比参数最匹配的所存储的频率比参数。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述频率比测定装置(FRDM，mct，sct)包括-第一计数器(mct)，用以对所述第一晶体振荡器(m)的所述第一振荡频率(f_m)脉冲进行计数，-至少一个第二计数器(sct)，用以对所述第二晶体振荡器(s)的所述第二振荡频率(f_s)脉冲进行计数，-最大值比较装置(MAX-CPM)，用以把所述第一计数器的计数值(n_m)与预定的最大值(n_mmax)比较，-其中所述处理装置(PM)还包括复位/读出装置(RST-ROUT)，适合于当所述最大值比较装置(MAX-CMP)测出所述第一计数器的计数值达到所述最大值时读出所述第二计数器的计数值(n_s)作为所述频率比参数(n_s)，并使所述第一和第二计数器(mct，sct)复位，-其中，所述访问装置(AC)以所述温度值和所述读出的所述第二计数器的计数值(n_s)访问所述存储装置(EEPROM，MEM)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述存储装置(MEM’)还适合于存储晶体的与温度有关的谐振频率与温度和切割角度的关系(4a.1)，其中所述处理装置(PM)还包括频率偏差测定装置(FDDM)，后者适合于从所述存储装置(MEM)读出取决于所测定的切割角度和温度传感器(TSEM)所测定的周围温度的频率偏差(FD)；其中所述第二晶体振荡器设置装置(S-SET)适合于使所述第三控制信号失效，而所述第一/第二控制信号设定装置(MS-SET)适合于把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置成与所述读出的频率偏差对应的值，以便把所述第一和第二晶体振荡器(m，s)调回它们的中心频率。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述第一调谐单元(MTM)包括可电压调谐的电容(D1m)，其中所述第一控制信号(m_ctl)是具有预定电压电平的电压信号。
8.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述第一和第二调谐单元(FSTM，SSTM)中的每一个包括可电压调谐的电容器(D1s，D2s)，其中所述第二和第三控制信号(s1_ctl，s2_ctl)是具有预定电压电平的电压信号。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二调谐装置(FSTM，SSTM)由单一的可电压调谐的电容(D1s)构成，其中所述第二和第三控制信号(s1_ctl，s2_ctl)是电压信号，并通过电压结合网络(ADD)把所述第二和第三控制信号(s1_ctl，s2_ctl)组合而形成用于所述单一可电压调谐电容的单一的控制电压(s_ctl)。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于多个第二晶体振荡器(si)、多个频率比参数测定装置(FRDMi)和用以求出所述所测定的多个频率比参数的平均值的平均装置(AV)，其中所述访问装置(AC)以平均频率比参数访问所述存储装置(MEM，EPROM)。
11.一种用于确定振荡器(s，m)中使用的晶体(sc，mc)的切割角度(dphi)的同一性的装置，它包括a)第一晶体振荡器(m)，包括第一晶体(mc)，它在一个角度下切割，具有第一谐振频率温度特性，适合于以由所述第一谐振频率温度特性决定的第一振荡频率温度特性(df_m/fc_m)输出第一振荡频率(f_m)；并且包括第一调谐装置(MTM，D1m)，用以响应第一控制信号(m_ctl)调谐所述第一振荡频率(f_m)，当所述第一控制信号具有第一内定值时，所述第一调谐装置(MTM；D1m)把所述第一振荡频率(f_m)调谐成预定的第一中心频率(fc_m)；b)第二晶体振荡器(s)包括第二晶体(sc)，后者在一个角度下切割，并具有一个谐振频率的温度特性；适合于以第二振荡频率温度特性(df_s/fc_s)输出第二振荡频率(f_s)；并且包括第二调谐装置(FSTM，D1s；SSTM，D2s)，用以响应该第二控制信号(s1_ctl)调谐所述第二振荡频率(f_s)，当所述第二控制信号具有第二内定值时，所述第二调谐装置(FSTM，D1s)把所述第二振荡频率(f_s)调谐到预定的第二中心频率(fc_s)；c)由于第一和第二晶体的切割角度不同，故所述第二振荡频率的温度特性与所述第一振荡频率的温度特性不同；d)处理装置(PM)它包括第一/第二控制信号设置装置(MS-SET)，用以把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置成它们的内定值；频率比测定装置(FRDM；mct，sct)，用以在不同于晶体拐点温度(Tinv)的测量温度(Tmeas，Tset)下，测定代表所述第二振荡频率(f_s)对所述第一振荡频率(f_m)的频率比的频率比参数(n_s)；存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)，用以存储在所述测量温度下所述频率比参数(n_s)与所述第一晶体(mc)的切割角度(dphi-m)和所述第二晶体(sc)的切割角度(dphi_s)的已知关系；访问装置(CAL，AC)，用以以所述确定的频率比参数(n_s)访问所述存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)，并读出与此对应的所述第一和第二晶体的切割角度；以及校准装置(CAL)，用以根据所读出的所述第一和第二晶体的切割角度确定这些切割角度的同一性。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于温度施加装置(HEAT)，用以把所述测量温度加到所述第一和所述第二振荡器(m，s)的每一个上，以便把所述振荡器暴露在所述测量温度(例如，t＝45℃)下，和/或温度测量装置(TSEN)，用以测量当前的周围温度作为所述测量温度(Tmeas)。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)适合于存储查寻表(图16b)，后者包含预先计算的数值，所述预先计算的数值代表按照所述第一和第二振荡频率温度特性、取决于第一和第二晶体的切割角度(dphi)在所述测量温度(Tset，Tmeas)下的所述第一对所述第二振荡频率(f_m，f_s)的所述频率比参数(n_s)；其中所述访问装置(AC)适合于以在所述预定的测量温度下测定的频率比参数访问所述存储装置(MEM)，并读出与在所述测量温度下的所述频率比参数最匹配的频率比参数下的第一和第二切割角度。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述频率比测定装置(FRDM，mct，sct)包括-第一计数器(mct)，用以对所述第一晶体振荡器(m)的所述第一振荡频率(f_m)脉冲进行计数，-至少一个第二计数器(sct)，用以对所述第二晶体振荡器(s)的所述第二振荡频率(f_s)脉冲进行计数，以及-最大值比较装置(MAX-CPM)，用以把所述第一计数器的计数值(n_m)与预定的最大值(n_mmax)比较，-其中所述处理装置(PM)还包括复位/读出装置(RST-ROUT)，适合于当所述最大值比较装置(CMP)测出所述第一计数器计数值达到所述最大值时读出所述第二计数器计数值(n_s)作为所述频率比参数(n_s)，并且用以使所述第一和第二计数器(mct，sct)复位，-其中，所述访问装置(AC)以所述读出的第二计数器计数值(n_s)访问所述存储装置(EEPROM，MEM)。
15.一种通过测定第一和至少一个第二晶体振荡器(s，m)使用的晶体(sc，mc)的切割角度(dphi)来进行温度补偿的方法，所述第一和第二晶体振荡器具有第一调谐装置(MTM，D1m)和第二调谐装置(FSTM，SSTM，D1s，D2s)、用以按照第一、第二和第三控制信号调谐第一和第二振荡频率(f_m，f_s)，其中当所述第三控制信号失效时，所述第一振荡频率的温度特性(df_m/fc_m)和所述第二振荡频率的温度特性(df_s/fc_s)相同，而如果启动所述第一控制信号，则所述第一振荡频率的温度特性和所述第二振荡频率的温度特性不同，所述方法包括以下步骤a)把频率比参数(n_s)与温度(T)和切割角度的已知关系(6.7)存储(S1)在存储装置(EEPROM，MEM)中，b)使所述第三控制信号失效(S2)，并通过把所述第一和第二控制信号设置为其内定值，将所述第一和第二振荡频率(f_m，f_s)调谐到它们的中心频率上，c)启动(S3)所述第三控制信(SSTM，D2s)，并把所述第三控制信号设定为与温度有关的控制值，d)测量(S4)所述第一振荡频率(f_m)和所述第二振荡频率(f_s)，并测定代表所述第二振荡频率对所述第一振荡频率的比率的频率比参数(n_s)，e)以所确定的频率比参数(n_s)和所述温度访问(S5)所述存储装置(MEM)，读出与此对应的切割角度。
16.如权利要求15的方法，其特征在于在所述步骤a)在所述存储装置(EEPROM，MEM)中存储查寻表(6.3)，后者包含预先计算的数值，所述预先计算的数值代表按照调偏的第二振荡频率温度特性、取决于切割角度(dphi)和温度(T)的所述第一振荡频率对所述第二振荡频率(f_m，f_s)的所述频率比参数(n_s)；以及在所述步骤e)以所述测定的频率比参数和所述温度(T)访问所述存储装置(MEM)，并读出与温度值和所存储的与所述测定的频率比参数最匹配的频率比参数对应的切割角度。
17.如权利要求15的方法，其特征在于所述步骤d)(S4)包括以下用以测定频率比的步骤-用第一计数器(mct)对所述第一晶体振荡器(m)的第一振荡频率(f_m)脉冲进行计数(S41)，-用第二计数器(sct)对所述至少一个第二晶体振荡器(s)的第二振荡频率(f_s)脉冲进行计数(S41)，-用最大值比较装置(MAX-CPM)把所述第一计数器的计数值(counter_output_ml)与预定的最大值(counter_state_max)加以比较(S51)，-当所述最大值比较装置(MAX-CMP)测出所述第一计数器计数值达到所述最大值时读出(S52)所述第二计数器计数值(n_s)作为所述频率比参数(n_s)，并且使所述第一和所述第二计数器(mct，sct)复位，以及-以所述温度值和所述读出的第二计数器计数值(n_s)访问所述存储装置(EEPROM，MEM)。
18.如权利要求15的方法，其特征在于在步骤a)把所述晶体的所述与温度有关的谐振频率特性与温度和切割角度的关系(表4a.1)存储起来，所述步骤e)之后，从所述存储装置(MEM)读出(S6)取决于所测定的切割角度和温度传感器(TSEM)测定的周围温度的频率偏差(FD)；使所述第三控制信号失效(S6)，并把所述第一控制信号和所述第二控制信号设置成与所述读出的频率偏差对应的值，以便把所述第一和第二晶体振荡器(m，s)调回它们的中心频率。
19.一种确定第一和第二晶体振荡器(s，m)中使用的晶体(sc，mc)的切割角度(dphi)同一性的方法，所述第一和第二晶体振荡器具有第一调谐装置(MTM，D1m)和第二调谐装置(FSTM，SSTM，D1s，D2s)、用以按照第一和第二控制信号调谐第一和第二振荡频率(f_m，f_s)，所述方法包括以下步骤a)通过把所述第一和第二控制信号设置(S2’)为其内定值，将所述第一和第二振荡频率(f_m，f_s)调谐到它们的中心频率；b)把在所述测量温度下频率比参数(n_s)与所述第一晶体(mc)的切割角度(dphi_m)和所述第二晶体(sc)的切割角度(dphi_s)的已知关系存入(S3’)存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)；c)在不同于晶体拐点温度(Tinv)的测量温度(Tmeas，Tset)下测量(S7，S4)所述第一振荡频率(f_m)和所述第二振荡频率(f_s)，并确定代表所述第二振荡频率对所述第一振荡频率的比率的频率比参数(n_s)；d)以所述所确定的频率比参数(n_s)访问(S5’)存储装置(EEPROM，MEM，MEM’)，并读出与此对应的所述第一和第二晶体的切割角度；以及e)根据所述读出的第一和第二晶体切割角度确定所述切割角度的同一性。
20.如权利要求19的方法，其特征在于所述测量温度(Tmeas)是被测量(TSEN，S7)的周围温度或在所述振荡器中由温度施加装置(HEAT)设置(S7)的温度(Tset)。
21.如权利要求19的方法，其特征在于通过计算所述测定的切割角度的差值来确定所述切割角度的同一性。
22.如权利要求19的方法，其特征在于通过计算所述测定的切割角度的比率来确定所述切割角度的同一性。
23.一种以第一和至少一个第二频率的工作的远程通信系统的用户站，它包括根据权利要求1至14中的一个或多个所述的装置，其中，所述第一晶体振荡器和所述至少一个第二晶体振荡器提供所述第一和所述至少一个第二频率。
24.如权利要求22的用户站，其特征在于所述用户站是多标准通信装置。
25.如权利要求24的用户站，其特征在于所述多标准通信装置是双模式或三模式移动电话、包括GPS的GSM移动电话或包括DECT的GSM移动电话。
全文摘要
本发明涉及通过测定在主和从晶体振荡器(m，s)中使用的主和从晶体(mc，sc)的切割角度进行温度补偿的装置和方法。当主和从晶体振荡器(m，s)已经被调谐到它们的中心频率(fc_m，fc_s)时，主动地将从晶体振荡器(s)的温度特性相对于主晶体振荡器(m)的温度特性调偏。在调偏的状态下，测定从输出频率对主输出频率(f_s/f_m)的频率比参数(n_s)，并利用此参数(n_s)来确定切割角度，以便从存储装置(MEM)读出取决于温度(T)的切割角度。本发明还涉及使用两个切割角度不同的晶体、测定频率比参数、以确定切割角度相同/对称或不同而进行温度补偿的装置和方法。本发明一个特别有用的应用是双模式移动电话，它要求使用至少两个谐振频率不同的振荡器。
文档编号H03B5/00GK1391727SQ00815966
公开日2003年1月15日 申请日期2000年9月19日 优先权日1999年9月22日
发明者W·科迪姆 申请人:艾利森电话股份有限公司