专利名称：温度感应振荡器以及温度频率校正系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电路设计领域，特别涉及具有温度感应振荡器以及温度频率
校正系统。
背景技术：
为了确保所有的电子器件都能正常或同步工作，在电子电路设计中提供精确 的时钟信号是非常重要的。通常，所述时钟信号是一般可以由晶体振荡器(crystal oscillator,简称X0)产生的，其中所述晶体振荡器是利用压电材料的振荡晶体的机械谐 振来产生一定频率电信号的电子电路。这个频率通常可以用于计时(比如石英手表中)，也 可以用于为数字集成电路提供时钟信号，还可以用于稳定无线发射器/接收器的频率。导 致时钟信号不同于设计的一个原因在于温度，它可能影响压电材料和晶体振荡器的运作。 请参看图3，随着温度的变化，晶体振荡器输出的频率会也会随之变化。事实上，电子设备比 如便携式电脑、手机和电子仪表可能被用于各种温度变化的环境中，因此保证这些电子设 备在各种温度环境下都能正常无误的工作是非常重要的。 现有技术中晶体振荡器通常包括有普通晶体振荡器(Simple PackagedCrystal Oscillator,简称SPX0)禾口 ？益度补偿晶体振荡器(temperaturecompensated crystal oscillator,简称TCX0)等。 所述SPX0不提供抑制晶体频率随周围温度发生变化的机制，在整个温度范围内， 晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，是晶振中最廉价的产品。但SPX0输出频 率的精确性和稳定性不高，一般不能直接使用于对频率精度要求较高的应用中，比如无线 通讯设备或移动电话。 所述TCXO需要自动调温器生成校正电压以保证振荡器频率恒定。这样的压控 TCX0包括有一根据温度成比例产生线性电压的温度传感器、3阶线性函数电压发生器和压 控晶体振荡器。将三阶线性函数电压发生器和温度传感器的输出提供给压控晶体振荡器， 所述压控晶体振荡器进而可以根据所使用晶体的温度频率特性来进行温度补偿。然而，这 样的压控TCX0首先需要一高品质晶体来满足所述三阶线性补偿需要，这样的高品质晶体 非常昂贵，尤其是小尺寸的晶体。其次，由于限制了晶体振荡器的最大输出频率，因此也很 难保证高频稳定性和精确性。另外，温度补偿晶体振荡器TCX0并不能根据其内的晶体振荡 器的独特温度频率特性进行温度频率补偿，而是采用固定的温度频率特征对所有晶体振荡 器进行温度频率补偿，这样不但需要高品质和高度一致的晶体振荡器，而且最后也没办法 确定其内使用的晶体振荡器的独特温度频率特性。 前面仅以晶体振荡器为例来介绍，事实上其它各种类型的振荡器，比如斡旋振荡 器、轨道式振荡器、压控振荡器、多谐振荡器、康氏振荡器、正弦波振荡器、环形振荡器、RC振 荡器或LC振荡器等，也同样受到温度漂移的困扰。因此，亟待提出一种成本低、兼容性强、 便于应用的振荡器。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的解决的技术问题之一在于提供一种温度感应振荡器，其 不仅可以提供频率输出，还可以提供温度输出，同时还可以提供其自身的温度频率特性相 关数据。 本实用新型的解决的技术问题之二在于提供一种温度频率校正系统，其可以生成 经过温度补偿后的预定频率信号。 为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一方面，本实用新型公开了一种温度 感应振荡器，其包括在一个封装内的振荡器、温度传感器和存储单元，所述振荡器用于生成 预定频率信号，所述温度传感器用于感应周围温度以产生表示周围温度的温度信号，所述 温度传感器感应到的周围温度基本上等于振荡器的工作温度，所述存储单元用来存储所述 振荡器的温度频率特性相关数据，所述封装包括有频率输出管脚、温度输出管脚和数据输 入输出管脚，通过所述频率输出管脚输出所述振荡器生成的预定频率信号，通过所述温度 输出管脚输出所述温度感应器获得的温度信号，通过所述数据输入输出管脚将所述温度频 率特性相关数据写入或读出所述存储单元。 根据本实用新型的另一方面，本实用新型公开了一种温度频率校正系统，其包括
一温度感应振荡器芯片，其包括有振荡器、温度传感器、存储单元、频率输出管脚、温度输出
管脚和数据输入输出管脚，所述振荡器用于生成预定频率信号并通过所述频率输出管脚输
出所述预定频率信号，所述温度传感器用于感应周围温度以产生表示周围温度的温度信号
并通过所述温度输出管脚输出所述温度信号，所述存储单元用于存储所述振荡器的温度频
率特性相关数据并通过所述数据输入输出管脚输出所述温度频率特性相关数据；一频率合 成器芯片，其用于基于所述温度感应振荡器芯片提供的预定频率信号生成期望频率信号，
根据所述温度感应振荡器芯片提供的当前温度信号和温度频率特性相关数据得到当前温 度信号对应的温度频率校正字，并根据当前温度信号对应的温度频率校正字对所述期望频 率进行温度校正。 这样与现有技术相比，在本实用新型提出的技术方案中，由于温度感应振荡器不 但可以提供频率参数，还可以提供温度参数，同时还可以提供该温度感应振荡器自身的温 度频率相关特性，这样用户可以根据需要针对所述温度感应振荡器进行的温度频率补偿， 同时本实用新型也可以保持非常低的生产成本。
图1是本实用新型中的温度感应振荡器在一个实施例中的功能方框图； 图2是本实用新型中的温度频率测量系统在一个实施例中的功能方框图； 图3是晶体振荡器的温度频率特性的相关曲线图； 图4是本实用新型中的测量装置在一个实施例中的功能方框图； 图5为本实用新型中的初始温度校正字、初始温度校正字的的差分、差分固定步
长在一个实施例中的计算流程图； 图6为本实用新型中的固定步长符号表在一个实施例中的计算流程图； 图7A为本实用新型中的温度频率校正系统在一个实施例中的功能方框图； 图7B为可与图1中的温度感应振荡器配合使用的频率合成器在一个实施例中的功能方框图；禾口 图8为图7中的所述频率合成器中的解码单元在一个实施例中的工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本实用新型的具体实施方式
。 图1示出了本实用新型中提供的温度感应振荡器100的一个实施例。如图1所 示，所述温度感应振荡器100包括振荡器110、温度传感器120和存储单元130。所述振荡 器110可以用于生成预定频率信号，所述温度传感器120可以用于感应周围温度以产生表 示周围温度的温度信号，所述存储单元130可以用来存储所述振荡器110的温度频率特性 相关数据。所述振荡器110、所述温度传感器120和所述存储单元130被封装在一个封装内 (即温度感应振荡器100为一块独立的芯片)，这样可以使温度传感器120感应到的周围温 度基本上等于振荡器110的温度，所述封装可以采用各种封装方式，比如金属封装、陶瓷封 装等。 所述封装包括有频率输出管脚f。ut、温度输出管脚T。ut和数据输入输出(DATAI/0) 管脚D^。，通过所述频率输出管脚f。ut可以输出所述振荡器110生成的预定频率信号，通过 所述温度输出管脚T。ut可以输出所述温度感应器120获得的温度信号。通过探测所述温度 感应振荡器100的频率输出管脚f。ut和温度输出管脚T。ut可以对该温度感应振荡器100进 行温度频率测量，从而可以得到该温度感应振荡器100内的振荡器110的温度频率特性相 关数据，之后可以通过所述数据I/O管脚DI/Q将所述温度频率特性相关数据写入该温度感 应振荡器100内的存储单元130。在所述温度感应振荡器100的使用过程中，可以通过所述 数据I/O管脚DI/Q从所述存储单元130中读出所述温度频率特性相关数据。此外，所述封 装还可能包括有其它管脚，比如电源管脚和接地管脚等。 本实用新型中的一个优点或特点在于所述温度感应振荡器100不是直接提供温 度补偿后的频率信号，也不是仅仅提供未经温度补偿的频率信号，而是提供未经温度补偿 的频率信号、所述未经温度补偿的频率信号对应的温度信号(即所述振荡器110在所述温 度信号下生成了所述未经温度补偿的频率信号)以及所述振荡器110在一个温度范围内的 温度频率特性相关数据，这样可以使得所述所述温度感应振荡器100的结构非常的简单、 生产成本很长的低，同时也使得后继处理可以方便的根据所述振荡器110在一个温度范围 内的温度频率特性相关数据和所述温度信号对未经温度补偿的频率信号进行温度校正，从 而可以得到补偿后的精确的频率信号。换句话说，用户在获得了所述温度感应振荡器100 后，不仅仅是得到了一个可以输出预定频率的振荡器，还得到了可以准确反映所述振荡器 工作温度的温度感应器，同时还得到了该振荡器自身独特的温度频率特性相关数据，但是 这样的温度感应振荡器100的生产成本还是没有显著提高。 在一个优选的实施例中，可以将频率输出管脚f。ut或/和温度输出管脚T。ut时分复
用作数据I/O管脚DI/Q。具体来说，在频率输出管脚f。ut或/和温度输出管脚T。ut空闲的时
候，即在它们不用来输出频率信号和/或温度信号的时候，可以将所述振荡器110的温度频
率特性相关数据通过这些管脚写入或读出所述存储单元130，这样可以节省管脚。 在一个实施例中，所述振荡器可以是现有技术中任意一种振荡器，比如晶体振
荡器、斡旋振荡器、轨道式振荡器、压控振荡器、多谐振荡器、康氏振荡器、正弦波振荡器、环形振荡器、RC振荡器、微电子机械系统振荡器(MicroElectro Mechanical Systems Oscillator)或LC振荡器等。对于晶体振荡器，在一个优选的实施例中，可以采用最为廉价 的普通晶体振荡器SPXO，这样可以尽可能的降低本实用新型中的温度感应振荡器的成本。 然而，即使采用最为廉价的普通晶体振荡器SPX0，由于本实用新型的温度感应振荡器能够 提供其温度频率特性相关数据，使后继有针对性的温度补偿变得非常容易，这样仍然可以 在以后能够得到精度很高的输出频率。 在一个实施例中，所述温度传感器可以采用现有技术中任意一种温度传感器，比
如热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器等。所述温度传感器感应的是振荡器的温度，而
不是外围环境的温度。本实用新型中的温度传感器对线性度可以没有严格的要求，最普通、
最廉价的温度传感器也可以适用于本实用新型中。然而，即使采用最为廉价的普通温度传
感器，由于本实用新型的温度感应振荡器仍能借此获得确定的温度频率特性相关数据，这
样就可以给本实用新型的温度感应振荡器的温度频率补偿提供准确地依据。另外，在后继
的温度频率补偿过程中仍是同样的温度传感器提供温度参数值，这样就可以很好的保持温
度感应的一致性，因此可以不需要温度传感器具有非常高的精确性和线性度。在一个实施例中，所述存储单元130可以是NAND FLASH memory、N0RFlash memory
或EEPR0M等。 与现有技术中的普通晶体振荡器SPX0相比，本实用新型中的温度感应振荡器100 由于可以提供温度参数和其内的振荡器的温度频率特性相关数据，这样可以让使用者非常 轻易的就能了解每一个振荡器自身的独特温度频率特性，从而可以很容易的针对所述振荡 器进行不同的温度频率补偿，同时本实用新型并未大幅提高成本。与现有技术中的温度补 偿晶体振荡器TCX0相比，本实用新型的温度感应振荡器不需要高品质晶体，也不需要高线 性度的温度传感器。另外，温度补偿晶体振荡器TCXO并不能根据其内的晶体振荡器的独特 温度频率特性进行温度频率补偿，而是采用固定的温度频率特征对所有晶体振荡器进行温 度频率补偿，这样不但需要高品质和高度一致的晶体振荡器，而且最后也没办法确定其内 使用的晶体振荡器的独特温度频率特性。 图2示出了本实用新型中提供的温度频率测量系统200的一个实施例，所述温度 频率测量系统200可以用来测量所述温度感应振荡器100的温度频率特性相关数据，并将 测得的温度频率相关数据写入所述温度感应振荡器100内。如图2所示，所述温度频率测 量系统200包括有温度箱210和测量装置220。 所述温度箱210可以用于在预定温度范围内调节其内温度，所述预定温度范围可 以为-50°C -130°C 。在需要对一个待测温度感应振荡器100进行温度频率测量时，可以将所 述待测温度感应振荡器100放置于温度箱210内，之后可以从低到高、从高到低或其它方式 调节温度箱210内的温度使其扫描一遍整个温度范围。由于温度箱210内的温度的变化， 从而引起待测温度感应振荡器100的内部温度(即其内的温度传感器感应的内部温度)的 变化，需要注意的是温度箱210内的温度与待测温度感应振荡器100的内部温度可以不一 致。 所述测量装置220可以用于通过所述输出管脚T。ut来读取所述待测温度感应振荡 器100的内部温度值，通过输出管脚F。ut来读取所述待测温度感应振荡器100的输出频率 值，之后可以将对应的内部温度值和输出频率值作为一组温度频率测量数据记录下来，其中一个内部温度值及相应的输出频率值可以组成一个温度频率测量点。在一个具体的实施 例中，将温度箱210的设定在一个温度(比如20°C)下，之后检测输出管脚T。ut输出的内 部温度信号是否稳定，如果在预定时间(比如60s)内，所述输出的内部温度值的变化小于 预定温度变化阈值(比如0. 5°C )，则认为内部温度信号已经稳定，此时所述测量装置220 可以记录下该内部温度值以及在该内部温度值下的输出频率值。之后，调节温度箱210内 的温度，所述测量装置220再次记录下所述待测温度感应振荡器100在另一内部温度值下 的输出频率值及相应的内部温度值，如此不断的进行重复直到记录下整个温度范围内足够 多的离散内部温度值及在相应内部温度值下的输出频率值。记录的这些数据可以用于描 述所述待测温度感应振荡器100的温度频率特性或温度频率补偿特性，因此可以称为所述 待测温度感应振荡器100的温度频率特性相关数据。举例来说，一个温度感应振荡器100 内的振荡器110的标准输出频率为26Mhz，所述测量装置220经过上述测试后可以得到下
面一系列数据第一组温度频率测量数据1(TC、26. 1156Mhz ;第二组温度频率测量数据
12°C、26. 1261Mhz ;第三组温度频率测量数据14。C、26. 1281Mhz ;第四组温度频率测量数 据16。C、26. 1381Mhz......。 图3是晶体振荡器的温度频率特性相关曲线图。如图3所示，将上文中记录的所 述温度频率特性相关数据置入坐标系并用曲线进行连接则形成未经补偿的温度频率特性 曲线，其中坐标系的纵坐标不是所述输出频率值，而是所述输出频率值与所述温度感应振 荡器110的期望频率值或标准频率值的差值与所述晶体振荡器110的期望频率值或标准 频率值的比值。从图3中可以看出，所述温度感应振荡器110的实际输出频率会随着温度 在标准频率值附近波动，这种波动会给很多使用该温度感应振荡器110的电子产品造成麻 烦。为了得到更为准确的频率，可以根据所述未经补偿的温度频率特性曲线生成温度频率 补偿曲线，所述温度频率补偿曲线与所述未经补偿的温度频率特性曲线是沿标准频率值大 致轴对称的，根据所述温度频率补偿特性曲线对所述未经补偿的频率值进行补偿后可以得 到波动范围很小的补偿后的温度频率特性曲线。 在另一个实施例中，在所述测量装置220对所述待测温度感应振荡器100进行温 度频率特性测量时，也可以将内部温度值及对应所述待测温度感应振荡器100的实际输出 频率值与期望频率值的频率漂移值(即频率偏差值)作为一组测量数据记录下来，即此时 可以用频率漂移值来替代上述实施例中的输出频率值进行记录。在再一个实施例中，在所 述测量装置220对所述待测温度感应振荡器100进行温度频率特性测量时，也可以将内部 温度值和对应的频率补偿值作为一组测量数据记录下来，即此时可以用频率补偿值来替代 上述实施例中的输出频率值进行记录。在其它实施例中，还可以有其它记录方式。而无论 以何种方式进行记录，只要从这些记录的测量数据中能够反映出所述待测温度感应振荡器 100中振荡器110的温度频率特性或温度频率补偿特性就可以了，因此这些测量数据都可 以被称为温度频率特性相关数据。这里需要说明的是，振荡器110的温度频率特性是与温 度频率补偿特性是直接相关的，通过图3可以看出，只要得到了温度频率特性和温度频率 补偿特性中的一个，另一个也就可以利用数学方法直接推导出来。 在一个实施例中，所述测量装置220可以将记录的温度频率特性相关数据通过所
述待测温度感应振荡器100的I/O管脚DI/Q写入所述存储单元130内。 本实用新型中的另一个优点或特点在于每个温度感应振荡器芯片100在被生产出来后、投入使用之前，都还需要进行温度频率特性测量以得到该温度感应振荡器芯片100
的独特的温度频率特性相关数据，之后可以将所述温度频率特性相关数据写入该温度感应
振荡器芯片100内，从而得到可以投入使用的温度感应振荡器芯片100。需要注意的是，
由于每个温度感应振荡器100的温度频率特性都可能不完全一样，因此对每个温度感应振
荡器进行的温度频率特性测量而得到的温度频率特性相关数据也可能不完全一样，这样就
有必要对每个温度感应振荡器都进行一次温度频率特性测量从而得到该温度感应振荡器
的温度频率特性相关数据。从某个角度来来，对温度感应振荡器芯片100的温度频率测量
以得到温度频率特性相关数据，并把所述温度频率特性相关数据导入温度感应振荡器芯片
100内的过程已经可以被视为所述温度感应振荡器芯片100的一个生产环节。 对于所述温度感应振荡器100中的存储单元130中存储的温度频率特性相关数
据，如果采用成组测量数据的存储方式，即其包括若干组测量数据，而每组测量数据可以包
括一 内部温度值和对应输出频率值、 一 内部温度值和对应频率漂移值，或一 内部温度值和
对应频率补偿值，将会带来一些问题。比如，第一、为了尽可能精细的描绘出其内的振荡器
的温度频率特性，可能需要尽可能多的选择测量点，然而这样会大大增加测量时间和成本；
第二、每组测量数据都需要占用很大的存储空间，而存储若干组测量数据则需要更多的存
储空间，这样在存储单元的存储空间有限的情况下，其仅能支持有限组测量数量的存储。为 了解决这些问题，需要将所述温度频率特性相关数据进行进一步的编码处理，经过进一步 编码处理后的温度频率特性相关数据在解码后仍能反映振荡器的温度频率特性或温度频 率补偿特性，因此进一步编码处理后的这些数据仍可以被称为温度频率特性相关数据。 下面将介绍一下所述温度频率特性相关数据的几种编码处理方案。图4示出了本 实用新型中提供的测量装置400的一个实施例，所述测量装置400可以用作图2中的测量 装置220。所述测量装置400包括记录装置410、拟合装置420、再采样装置430和编码装置 440。 所述记录装置410用于记录通过输出管脚T。ut和F。ut读取的所述待测温度感应振 荡器100的输出频率值和内部温度值，之后可以将对应的内部温度值和输出频率值作为一 组测量数据记录下来，其中一个内部温度值及相应的输出频率值可以组成一个温度频率测 量点。通过不断的记录，所述记录装置410可以得到整个温度范围内足够多的离散内部温 度值及在相应内部温度值下的输出频率值。需要知道的是，这里仅是以记录内部温度值和 对应的输出频率值为例进行介绍，在其它实施例中，也可以记录内部温度值和对应的频率 漂移值，或记录内部温度值和对应的频率补偿值。 所述拟合装置420用于根据各离散内部温度值及相应的输出频率值拟合出连 续的温度频率特性曲线。这可以通过现有技术中的各种方法获得，但必需要保证其生成 的温度频率曲线与实际频率的温度频率曲线尽可能相一致，并且保持曲线的平滑。在 一个实施例中，在没有温度频率突变时，可以采用贝克曼曲线生成器(Bechamann curve generator)，通过使用少数几个温度频率测试点就可以生成比较精确的温度频率特性曲 线。 所述再采样装置430用于以预定采样温度间隔对拟合出的温度频率曲线进行再 采样以获得各采样温度值对应的频率值，每一个采样温度值和对应的采样频率值都可以被 视为一组温度频率采样数据。所述预定采样温度间隔可以根据需要随意设定，比如所述预定采样温度间隔可以为O. 1°C、0. 15。C或0.2。C。 在本实施例中，之所以采用拟合装置420及再采样装置430，是为了使记录装置 410尽可能的少测量并记录一些温度频率测量点，同时又能获得足够多的温度频率样本点， 以使本实用新型中的温度频率特性相关数据足够精确。所述记录装置410每测量和记录一 个温度频率测量点都需要花费一定时间，温度频率测量点过多将会成倍的提高测量成本， 通过采用拟合装置420及再采样装置430可以很容易的获得成倍于或成十倍于温度频率测 量点的温度频率样本点。因此，所述预定采样温度间隔一般小于或远小于测量的内部温度 值的温度间隔。 所述编码装置440用于对各采样温度值及相应的频率值进行编码以得到存储空 间明显减少的温度频率编码数据，并将所述温度频率编码数据通过I/O管脚DI/Q导入所述 温度感应振荡器的存储单元130内。对所述存储单元130内的温度频率编码数据进行解码 后可以对以温度感应振荡器IOO输出的频率信号为参考而生成的期望频率信号进行温度 频率校正。 所述编码装置440可以有采用多种编码方式对各采样温度值及相应的频率值进 行编码以得到不同种温度频率编码数据，在第一种编码方案中，所述温度频率编码数据 可以包括有初始温度TO、初始温度TO对应的温度频率校正字(tempereture frequency correction word)TCW(TO)、初始温度TO对应的温度频率校正字TCW(TO)的差分TCWd(TO)、 固定步长TCWds及固定步长符号表。所述温度频率校正字的差分是指两邻温度对应温度 频率校正字的差值，所述固定步长TCWds表示相邻两温度对应的温度频率校正字的差分之 间的差值，所述固定步长符号表为二进制序列，其中的每一比特都对应了一个温度值的差 分固定步长TCWds的符号位。除了初始组温度频率采样数据外，每组温度频率采样数据都 会被被编码为固定步长符号表中的l个比特，这样极大的减小了存储空间。举例来说，每 组温度频率采样数据包括有一个采样温度值和相应的频率值，假如所述采样温度值可以用 8比特的二进制数来表示，而相应的频率值需要用32比特的二制数来表示的话，那么为了 存储这组温度频率采样数据就需要40比特，而经过上述编码处理之后，只需要1比特就能 完成存储，大大节省了存储空间。在所述温度感应振荡器100投入使用后，可以根据T0、 TCW(TO) 、 TCWd(TO) 、 TCWds及固定步长符号表解码得到任意温度值T对应的温度频率校正 字TCW(T)，进而可以利用温度值T对应的温度频率校正字TCW(T)对以温度感应振荡器100 在温度值T下输出的频率信号为参考而生成的期望频率信号进行温度频率校正，详细内容 将在下文进一步描述。 下面就以第一种编码方案为例，来介绍所述编码装置440是如何将各采样温度值 及相应的频率值编码为温度频率编码数据的。图5示出了本实用新型中的T0、 TCW(TO)、 TCWd(TO) 、TCWds的计算过程的一个实施例，图6示出了本实用新型中的固定步长符号表的 计算过程的一个实施例。 如图5所示，所述T0、 TCW(TO) 、 TCWd(TO) 、 TCWds的计算方法包括如下步骤。 步骤501，根据各采样温度点的频率值与温度频率校正字之间的函数关系，利用各 采样温度点对应的频率值求取各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWidMl(Tx)， 其中Tx表示间隔为预定采样温度间隔S的从min(Tx)到max(Tx)的离散采样温度点， min(Tx)为Tx的最小值，max(Tx)为Tx的最大值。具体来讲，得到一个采样温度点的频率
9值(所述温度感应振荡器的受温度影响的实际输出频率)，又知晓该采样温度点的理论输 出频率(所述温度感应振荡器的不受温度影响的标准输出频率)，那么根据两者之间的频 率差值就可以很容易的得到该采样温度点下的理论温度频率校正字(即理论上应该进行 多大的温度频率补偿)。 各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWideal (Tx)将被记录下来用于确定 所述固定步长符号表中各符号位的值。 步骤503，计算各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWideal (Tx)的差分 TCWdi一(Tx)，其中<formula>formula see original document page 10</formula>[0051 ] 此处Tx属于[min (Tx) ， max (Tx_S) ] ， S表示所述预定采样温度间隔。 步骤505，任意选定一采样温度点所对应的理论温度频率校正字TCWideal(Tx)为
所述初始温度频率校正字TCW(TO)，那么该选定采样温度点所对应的理论温度频率校正
字TCWid^(Tx)的差分TCWdid^(Tx)将被记录为所述初始温度频率校正字TCW(TO)的差分
TCWd(TO)。所述选定的采样温度点就是所述初始温度TO，其可以为温度覆盖范围的最低值、
最高值或中间值。在一个具体的实例中，可以选择最低温度值为初始温度TO。 步骤507，计算各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWideal (Tx)的差分
TCWdideal (Tx)的差分TCWddideal (Tx)，即理论温度频率校正字TCWideal (Tx)的二阶差分，其中 <formula>formula see original document page 10</formula>[0055]此处Tx属于[min (Tx) ， max (Tx-2S)]。 步骤509，将各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWideal (Tx)的二阶差分 TCWddidral (Tx)中绝对值最大的记录为所述固定步长TCWds。 由此可知，经过执行步骤501-509就可以计算得到所述温度频率编码数据中的初 始温度TO、初始温度对应的温度频率校正字TCW(TO)、初始温度对应的温度频率校正字的 差分TCWd(TO)及固定步长TCWds 。 随后，可以利用已经获得的初始温度TO 、初始温度对应的温度频率校正字 TCW(TO)、初始温度对应的温度频率校正字的差分TCWd(TO)及固定步长TCWds及所述的各 采样温度点对应的理论温度频率校正字TCWidMl(Tx)计算获得所述固定步长符号表中每位 数据的值。请参看图6所示，所述固定步长符号表中各位数据的值的获取过程如下。 步骤601 ，初始化Tx 、 NTCW (Tx_S)及NTCWd (Tx_S)。 Tx表示当前采样温度点，NTCW(Tx-S)表示Tx_S温度点对应的温度频率校正字， NTCWd(Tx-S)表示Tx-S温度点对应的温度频率校正字对应的温度频率校正字的差分。需要 注意的是，Tx-S温度点对应的温度频率校正字NTCW (Tx-S)并不是所述的理论温度频率校 正字，而是根据初始温度频率校正字及初始温度频率校正字的差分计算出来的温度频率校 正字。 假设在所述初始温度TO为实际应用覆盖温度范围的最低值，那么所述初始化就 是 <formula>formula see original document page 10</formula>[0063] 这里由于初始温度TO为最低温度值，因此需要求取的温度点Tx只需要等于TO+S
就可以实现求取每个温度点对应的固定步长符号表中的相应位的值。[0064] 步骤603，计算当前采样温度点Tx对应的温度频率校正字NTCW(Tx)，具体为 NTCW(Tx) = NTCW(Tx-S)+NTCWd(Tx_S)。 步骤605，假设Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB(Tx-S)的值为0， 求取Tx+S温度点对应的第一计算温度频率校正字NTCWO (Tx+S)，具体为 NTCWO(Tx+S) = NTCW(Tx)+NTCWd (Tx) = NTCW(Tx-S)+NTCWd(Tx-S)+NTCWd(Tx-S)+SB(Tx) * TCWds = NTCW(Tx-S)+2 * NTCWd(Tx_S)-TCWds。 步骤607，求取Tx+S温度点对应的第一计算温度频率校正字NTCWO (Tx+S)与理论 温度频率校正字TCWideal (Tx+S)差的第一绝对值DNTCWO (Tx+S)，具体为DNTCWO (Tx+S) = Abs (TCWideal (Tx+S) -NTCWO (Tx+S))。 步骤609，假设Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB(Tx-S)的值为1， 求取Tx+S温度点对应的第二计算温度频率校正字NTCW1 (Tx+S)，具体为NTCWl(Tx+S) = NTCW(Tx_S)+2 * NTCWd (Tx_S)+SB (Tx_S) * TCWds = NTCW (Tx-S)+2 * NTCWd(Tx_S)+TCWds。 步骤611 ，求取Tx+S温度点对应的计算温度频率校正字NTCW1 (Tx+S)与理论温度
频率校正字TCWideal (Tx+S差的第二绝对值DNTCW1 (Tx+S)，具体为 DNTCW1 (Tx+S) = Abs (TCWideal (Tx+S) -NTCWO (Tx+S))。 步骤613，判断所述第一绝对值是否小于所述第二绝对值，即判断是否 DNTCWO (Tx+S) < DNTCW1 (Tx+S)，如果是则进入步骤615，否则进入步骤617。 步骤615，判定Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB(Tx-S)的值为0，
并进入步骤619。 步骤617，判定Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB (Tx-S)的值为1， 并进入步骤621。 步骤619，计算Tx温度点对应的温度频率校正字的差分NTCWd (Tx)，即 NTCWd(Tx) = NTCWd(Tx_S)—TCWds 。 步骤621，计算Tx温度点对应的温度频率校正字的差分NTCWd (Tx)，即 NTCWd(Tx) = NTCWd(Tx_S)+TCWds 。 步骤623，另Tx = Tx+S。 步骤625，判断Tx是否小于等于MAX (Tx) _S，如果否，则结束计算流程，否则返回步 骤603，重复上述步骤。 执行上述步骤601-625，就可以计算出来所述固定步长符号表中每一位数据的值。 这样就得到了全部的温度频率编码数据，最后就可以将计算出来的初始温度频率 校正字TCW(TO)、初始温度频率校正字的差分TCWd (TO)、固定步长TCWds以及固定步长符号 表通过I/O管脚DI/Q导入所述温度感应振荡器的存储单元130内。 在第二种编码方案中，所述温度频率编码数据可以包括有初始温度TO、初始温度 TO对应的温度频率校正字TCW(TO)、固定步长TCWs及固定步长符号表。所述固定步长TCWs 表示相邻两温度点对应的温度频率校正字之间的差值，所述固定步长符号表为一个二进制 序列，其中的每一比特都对应了一个温度值的固定步长TCWs的符号位。在这个方案中，所 述编码装置440对各采样温度值及相应的频率值进行编码以得到温度频率编码数据的方
11法也可参考图5和图6，只是部分地方还需要改动，比如图5中的步骤505可以修改为任 意选定一采样温度点所对应的理论温度频率校正字TCWidMl(Tx)为所述初始温度频率校正 字TCW(T0)，所述选定的采样温度点就是所述初始温度T0，同时直接将步骤503中得到的各 采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字TCWid^(Tx)的差分TCWdid^(Tx)中的绝对值最 大的记录为所述固定步长TCWs，同时省去步骤507和509，再比如图6中的 步骤601修改为初始化Tx、 NTCW(Tx-S)，其中Tx = TO+S ;NTCW(Tx-S) = TCW(TO)。 步骤603被删除。 步骤605修改为假设Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB (Tx_S)的 值为0，求取Tx温度点对应的第一计算温度频率校正字NTCWO (Tx)，具体为 NTCWO (Tx) = NTCW (Tx-S)+SB (Tx-S) * TCWs = NTCW(Tx-S)-TCWs 。 步骤607修改为求取Tx温度点对应的第一计算温度频率校正字NTCWO (Tx)与理 论温度频率校正字TCWideal (Tx)差的第一绝对值DNTCWO (Tx)，具体为 DNTCWO (Tx) = Abs (TCWideal (Tx) —NTCWO (Tx))。 步骤609修改为假设Tx-S温度点对应的固定步长符号表中符号位SB (Tx_S)的 值为1，求取Tx温度点对应的第二计算温度频率校正字NTCW1 (Tx)，具体为 NTCWl(Tx) = NTCW (Tx-S)+SB (Tx-S) * TCWs = NTCW (Tx-S) -TCWs 。 步骤611修改为求取Tx+S温度点对应的计算温度频率校正字NTCWl (Tx+S)与理 论温度频率校正字TCWideal (Tx+S差的第二绝对值DNTCW1 (Tx+S)，具体为 DNTCW1 (Tx+S) = Abs (TCWideal (Tx+S) -NTCWO (Tx+S))。
步骤613修改为判断所述第一绝对值是否小于所述第二绝对值，即判断是否DNTCWO (Tx) < DNTCW1 (Tx)，如果是则进入步骤615，否则进入步骤617。 步骤619修改为计算Tx温度点对应的温度频率校正字NTCW(Tx)，即 NTCW(Tx) = NTCW(Tx-S)-TCWs。 步骤621修改为计算Tx温度点对应的温度频率校正字NTCW(Tx)，即 NTCW(Tx) = NTCW(Tx-S)+TCWs。 在第三种编码方案中，所述温度频率编码数据可以包括有初始温度TO、初始温度 TO对应的温度频率校正字TCW(TO)、初始温度TO对应的温度频率校正字TCW(TO)的差分 TCWd(TO)，初始温度TO对应的温度频率校正字TCW(TO)的二阶差分TCWdd(TO)，固定步长 TCWdds及固定步长符号表，所述温度频率校正字的差分是指两邻温度对应温度频率校正 字的差值，所述温度频率校正字的二阶差分是指两邻温度对应温度频率校正字的差值的差 值，所述固定步长TCWdds表示相邻两温度点对应的温度频率校正字的二阶差分之间的差 值，所述固定步长符号表为一个二进制序列，所述固定步长符号表为一个二进制序列，其中 的每一比特都对应了一个采样温度值的固定步长TCWs的符号位。在这个方案中，所述编码 装置440对各采样温度值及相应的频率值进行编码以得到温度频率编码数据的方法也可 参考图5和图6，只是有些地方也需要相应改动，此处不再赘述了 。 前面描述的三种编码方案具有如下共同的特点第一、利用相邻温度点对应的温度频率校正字具有相关性和差异性的特点，采用逐次逼近型编码方式对采样温度频率数据 进行编码；第二、利用各采样温度频率频率数据转换得到温度频率校正数据，这样就可以求 得理论温度频率校正字。 在第四种编码方案中，可以不需要像第一种编码方案中的图5中的步骤501那 样利用各采样温度点对应的频率值求取各采样温度点Tx对应的理论温度频率校正字 TCWideal (Tx)，而是直接将采样频率值F (Tx)替换掉理论温度频率校正字TCWidMl (Tx)，那么 之后的步骤503也修改为 计算各采样温度点Tx对应的采样频率值F(Tx)的差分Fd(Tx)，其中Fd (Tx) = Fd (Tx+S) -Fd (Tx)。 步骤505修改为任意选定一采样温度点所对应的采样频率值F(Tx)为所述初始 频率值F(TO)，那么该选定采样温度点所对应的采样频率值F(Tx)的差分Fd(Tx)将被记录 为所述初始频率值F (TO)的差分Fd (TO)。 步骤507修改为计算各采样温度点Tx对应的采样频率值F(Tx)的差分Fd(Tx) 的差分Fdd(Tx)，即采样频率值F(Tx)的二阶差分，其中Fdd (Tx) = Fd (Tx+S) -Fd (Tx)。 步骤509修改为将各采样温度点Tx对应的采样频率值F (Tx)的二阶差分中绝对 值最大的记录为所述固定步长Fds。 这样在第四编码方案中，就用F(TO)替代了TCW(TO)，用Fd(TO)替代了TCWd(TO)， 用Fds替代了 TCWds。接下来，利用图6中同样的方法也可以计算出固定步长符号表中的 各个符号为，只需要将对应的参数替换既可。在所述温度感应振荡器ioo投入使用后，可以 根据TO、F(TO) 、Fd(TO) 、Fds及固定步长符号表解码得到任意温度值T对应的频率值F(T)， 从而可以得到所述温度感应振荡器100的温度频率特性，为对其进行温度频率补偿打下基 础。 参考第四编码方案的修改，也可以将所述第二编码方案和第三编码方案进行修 改，以得到第五编码方案和第六编码方案。当然，在其它实施例，所属领域内得普通技术人 员还可以根据本实用新型中提出的逐次逼近型编码方法衍生出各种各样的编码方案。 在这些编码实施例中，本实用新型的优点或特点在于对于一个温度点，所述固定 步长符号表只需要存储1位二进制数据作为该温度点对应的差分固定步长的符号位，从而 使所述固定步长符号表的数据量变得非常小。同时，也可以在固定步长符号表中存储更多 温度点的符号位，进而可以保持预定温度间隔S比较小，从而提高了温度频率补偿的精度。 在另外的编码实时例中，还可以对固定步长符号表进行一些小的修改，比如所述 固定步长符号表中的两个比特才对应一个温度值的固定步长的符号位，比如00表示+0. 5， 01表示+1. 0， 10表示-0. 5， 11表示-1. O，此时的符号位更像一个固定步长的系数。 图7A为本实用新型中提出的温度频率校正系统在一个实施例中的功能方框图。 如图7A所示，所述温度频率校正系统包括有温度感应振荡器701和频率合成器702，所述 温度感应振荡器701可以是图1中的温度感应振荡器100，其可以为所述频率合成器702 提供参考频率、当前温度和温度频率特性相关数据，所述频率合成器702可以基于温度感 应振荡器100提供的参考频率生成各种期望频率信号，比如参考频率为26MHz、期望频率为 104MHz。所述频率合成器702还可以根据温度感应振荡器100提供的当前温度和温度频率特性相关数据得到当前温度对应的温度频率校正字，并根据当前温度对应的温度频率校正 字对所述期望频率进行温度校正。所述频率合成器702与温度感应振荡器701在物理上属 于两块不同的芯片，两者之间通过各自芯片的对应管脚进行连接。 下面以所述温度感应振荡器的存储单元存储通过第一种编码方案获得的温度频 率编码数据为例，来介绍本实用新型中的频率合成器702的具体应用的一个实施例。图7B 为可与温度感应振荡器701配合使用的频率合成器702在一个实施例中的功能方框图。 请参阅图7B所示，所述频率合成器702包括锁频合成单元710、频率校正单元730 及解码单元750。所述解码单元250用于通过温度感应振荡器100的数据I/O管脚DI/Q接 收其内的温度频率编码数据，通过温度感应振荡器701的瑜出管脚T。ut接收其内的当前温 度T，并根据温度频率编码数据生成当前温度T对应的温度频率校正字TCW(T)。所述频率校 正单元730用于利用获得的温度频率校正字TCW对频率控制字(frequency control word, 简称FCW)进行校正/补偿以得到校正频率控制字(corrected frequency control word, 简称FCW_new)。所述锁频合成单元710用于通过温度感应振荡器701的输出管脚F。UT接收 参考频率fK，并以参考频率fK为基础根据校正频率控制字FCW_new生成期望输出频率f。UT。 在一个实施例中，所述锁频合成单元710按照下式生成期望输出频率f。UT : f0UT = K*FCW_new*fK 其中K表示比例系数，根据比例系数K及校正频率控制信号FCW_new可以得到期 望的输出频率信号f。UT。 在一个实施例中，所述频率校正单元730按照下式生成校正频率控制字FCW_new : FCW_new = FCW+TCW。 请再次参阅图7B所示，所述解码单元750(也可以被称之为温度频率校正字获取 装置)还包括有温度比较单元752、温度逼近单元756、温度频率校正字锁定单元754。图8 为图7B中的所述解码单元750在一个实施例中的工作流程图，请参阅图8所示，温度频率 编码数据的解码方法包括如下步骤。 步骤801，温度频率校正字锁定单元754初始化Tx、 TCW(Tx) 、 TCWd(Tx)。 Tx表示当前计算温度点，TCW(Tx)表示计算温度点Tx对应的温度频率校正字， TCWd(Tx)表示计算温度点Tx对应的温度频率校正字的差分。所述初始化可以是另Tx = T0 ;TCW(Tx) = TCW(T0) ;TCWd(Tx) = TCWd(T0)。 步骤803，温度比较单元752读取数字温度值T。 步骤805，温度比较单元752判断所述数字温度T值是否大于等于Tx+S，如果是， 转入步骤807 ;否则转入步骤813。 步骤807，温度频率校正字锁定单元754读取当前计算温度点Tx对应的固定步
长符号表中的符号位SB(Tx)，将该符号赋予TCWds形成当前温度点Tx对应的实际步长
SB(Tx) * TCWds。这个符号位要么是l，要么是O，其中1表示正，0表示负。 步骤809，温度频率校正字锁定单元754求取下一计算温度点Tx+S对应的温度频
率校正字TCW(Tx+S)和下一计算温度点Tx+S对应的温度频率校正字的差分TCWd(Tx+S)。 其中TCW(Tx+S) = TCW(Tx)+TCWd(Tx);TCWd(Tx+S) = TCWd (Tx)+SB (Tx) * TCWds ; 这种求取下一个计算温度点的相关值的过程可以被称为前向校正。
14[0141] 步骤811，温度逼近单元756另Tx二Tx+S，并返回步骤803。这里之所以要返回到 803，而不返回到805，是因为所述数字温度T可能在计算过程中发生变化。 步骤813，温度比较单元752继续判断所述数字温度T是否小于Tx。如果是，则转 入步骤815 ;否则，转入步骤821。 步骤815，温度频率校正字锁定单元754读取上一个计算温度点Tx_S对应的固定 步长符号表中的符号位SB(Tx-S)，将该符号赋予TCWds形成上一个计算温度点Tx-S对应的 实际步长SB(Tx-S) * TCWds。 步骤817，温度频率校正字锁定单元754求取上一计算温度点Tx_S对应的温度频 率校正字的差分TCWd(Tx-S)及上一计算温度点Tx-S对应的温度频率校正字TCW(Tx-S)。其中TCWd(Tx-S) = TCWd (Tx)—SB (Tx—S) * TCWds TCW (Tx-S) = TCW (Tx) -TCWd (Tx—S)， 相对于前面所述的前向校正，这里求取上一个计算温度点的相关值得过程可以被 称为后向校正。 步骤819，温度逼近单元756另Tx = Tx-S，并返回步骤803。同样，这里之所以要 返回到803，而不返回到805，是因为所述数字温度T可能在计算过程中发生变化。 步骤821，此时如果当前计算温度点Tx等于所述数字温度T，则温度频率校正字锁 定单元754将计算所得的TCW(Tx)作为计算所得的温度频率校正字TCW输出；如果Tx+S〉 T > Tx，则温度频率校正字锁定单元754利用TCW(Tx)和TCW(Tx+S)插值得到TCW(T)并其 作为计算所得的温度频率校正字TCW输出。 在输出计算所得的温度频率校正字TCW后，将Tlock = T，之后进入步骤823。 步骤823，温度比较单元752读取数字温度值T。 步骤825，温度比较单元752判断所述数字温度值T是否等于所述Tlock，如果是， 则返回步骤823继续读取数字温度值，否则返回步骤805，继续重复上述锁定过程。 在本实施里中，本实用新型中的温度频率校正字的获取方法的一个特点、优点在 于利用初始温度频率校正字、初始温度频率校正字的差分启动跟踪流程，不断利用当前计 算温度点对应的温度频率校正字、温度频率校正字的差分、固定步长符号表中的符号位以 及固定步长计算出趋近目标温度的下一计算温度点的对应的温度频率校正字，直至计算温 度点被锁定至当前温度点T，进行根据插值求得当前温度点T对应的温度频率校正字。 由上述应用实例可知，经过对所述温度感应振荡器701的存储单元存储的温度频 率编码数据进行解码后可以计算得到任意温度值T对应的温度频率校正字TCW(T)，进而可 以利用温度值T对应的温度频率校正字TCW(T)对以温度感应振荡器100在温度值T下输 出的频率信号为参考而生成的期望频率信号进行温度频率校正。 所述温度感应振荡器701的存储单元存储的通过其它编码方案得到的温度频率
编码数据的解码方法也可以参考图7A和图8，只是部分内容需要修改。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护
范围之内。
权利要求一种温度感应振荡器，其特征在于，其包括在一个封装内的振荡器、温度传感器和存储单元，所述振荡器用于生成预定频率信号，所述温度传感器用于感应周围温度以产生表示周围温度的温度信号，所述温度传感器感应到的周围温度基本上等于振荡器的工作温度，所述存储单元用来存储所述振荡器的温度频率特性相关数据，所述封装包括有频率输出管脚、温度输出管脚和数据输入输出管脚，通过所述频率输出管脚输出所述振荡器生成的预定频率信号，通过所述温度输出管脚输出所述温度感应器获得的温度信号，通过所述数据输入输出管脚将所述温度频率特性相关数据写入或读出所述存储单元。
2. —种温度频率校正系统，其特征在于，其包括一温度感应振荡器芯片，其包括有振荡器、温度传感器、存储单元、频率输出管脚、温度 输出管脚和数据输入输出管脚，所述振荡器用于生成预定频率信号并通过所述频率输出管 脚输出所述预定频率信号，所述温度传感器用于感应周围温度以产生表示周围温度的温度 信号并通过所述温度输出管脚输出所述温度信号，所述存储单元用于存储所述振荡器的温度频率特性相关数据并通过所述数据输入输出管脚输出所述温度频率特性相关数据；一频率合成器芯片，其用于基于所述温度感应振荡器芯片提供的预定频率信号生成期 望频率信号，根据所述温度感应振荡器芯片提供的当前温度信号和温度频率特性相关数据 得到当前温度信号对应的温度频率校正字，并根据当前温度信号对应的温度频率校正字对 所述期望频率进行温度校正。
专利摘要本实用新型提供一种温度感应振荡器，其包括在一个封装内的振荡器、温度传感器和存储单元，所述振荡器用于生成预定频率信号，所述温度传感器用于感应周围温度以产生表示周围温度的温度信号，所述温度传感器感应到的周围温度基本上等于振荡器的工作温度，所述存储单元用来存储所述振荡器的温度频率特性相关数据，所述封装包括有频率输出管脚、温度输出管脚和数据输入输出管脚，通过所述频率输出管脚输出所述振荡器生成的预定频率信号，通过所述温度输出管脚输出所述温度感应器获得的温度信号，通过所述数据输入输出管脚将所述温度频率特性相关数据写入或读出所述存储单元。这样用户可以根据需要针对所述温度感应振荡器进行的温度频率补偿，同时本实用新型也可以保持非常低的生产成本。
文档编号H03L1/02GK201536362SQ20092023245
公开日2010年7月28日 申请日期2009年9月19日 优先权日2009年9月19日
发明者张幂, 曹伟勋 申请人:无锡爱睿芯电子有限公司