专利名称：用于修正压阻式振荡器的频率的温度相关性的电路和方法
技术领域：
本发明涉及振荡器及其校正方法。
背景技术：
振荡器广泛地用在计时和频率参考应用中，如实时时钟，以及用在数字和电信装置中。石英晶体通常用来提供高精度振荡器。替代地，微机电系统(MEMS)谐振器可以用于振荡。MEMS谐振器可以包括静电电容式谐振器、压电电容式谐振器和静电压阻式谐振器。谐振器名称的第一部分(即，静电，压电)涉及致动方法，而第二部分(即，电容，压阻)涉及检测振荡的方法。静电压阻式(以下称为压阻式(piezoresistive))谐振器和前两种类型的谐振器的差别在于，压阻式谐振器采用压阻检测方法，其中DC电流通过谐振器结构发送以读出信号。在谐振器的振动期间，该结构中的应变改变谐振器的电阻。这类谐振器可以由硅材料构造而成。这种谐振器的谐振频率随着温度变化。这是不希望的效应，因为希望振荡器的输出频率是稳定的，与环境的变化无关。通常采用前馈机制修正随着温度的频率变化。在这种机制中，采用包含振荡器电子元件的相同MEMS管芯或电路管芯上的温度传感器估计谐振器的温度。检测到的温度用来基于测量的温度变化调整振荡器的最终的输出频率。在修正之后，最终的输出频率是稳定的，与环境温度变化无关。
发明内容
本公开内容和/或发明的特定方面涉及一种电路，包括电路系统(circuitry)、一组电路或电路布置，具有被配置和布置用于振荡以及指示电路的工作温度的电路。在具体实施例中，输出电路被配置和布置为具有用于提供电信号形式的工作温度的电路系统(包括该电路)，该电信号用于调整从至少一个电路元件获得的频率输出信号。其它特定实施例涉及MEMS谐振器的使用，并且特别地涉及使用压阻式谐振器技术。采用压阻式谐振器，由于检测电流(汲取电流(draincurrent))的焦耳加热效应,谐振元件的温度总是高于环境的温度。温度差(AT)取决于谐振器的热阻(Rt)、环境温度和供给至谐振器的功率的⑵加热结果。如果温度传感器放置在MEMS谐振器的外面，则它的温度通常非常接近环境温度。为了估计谐振器处的温度，可以将温度差添加至传感器处的温度。当采用这种估计时，存在多个误差源。由于工艺和组装变化而不能精确地限定热阻。此夕卜，热阻在不同的样品之间可能变化非常大。而且，功率测量会引起误差。为了更精确地检测谐振器的温度，并且因此估计谐振器的温度漂移和振荡频率，测量谐振器电阻本身。换句话说，不需要单独的温度传感器。测量谐振器本体的相对电阻变化，并且直接地计算谐振器处的温度。谐振器的谐振频率随着温度变化，因为硅的杨氏模量具有天然的温度相关性(近似为每开尔文温度变化百万分之-40至-60 (PPM))。硅谐振器的谐振频率与硅的杨氏模量的平方根成比例，因此漂移约负20ppm/K至负30ppm/K。这称为频率的温度系数(TCF)，并在等式(I)中示出。
权利要求
1.一种振荡器电路,包括 至少ー个电路元件，被配置和布置用于谐振以及指示所述至少一个电路元件的工作温度；和 输出电路，被配置和布置为以电信号形式提供所述工作温度，用于调整从所述至少ー个电路元件获得的频率输出信号。
2.根据权利要求1所述的振荡器电路，其中所述至少一个电路元件包括压阻式谐振器。
3.根据权利要求1所述的振荡器电路，其中所述电信号包括电流、电压或电阻信号中的ー种。
4.根据权利要求1所述的振荡器电路，其中所检测的工作温度在3摄氏度内是精确的。
5.—种振荡器电路,包括 谐振器和温度检测电路，温度检测电路被配置和布置为在谐振器振荡和产生振荡输出信号时提供至少ー个表达温度的信号，所述至少一个表达温度的信号指示谐振器的温度，和 输出电路，被配置和布置为提供作为所述至少ー个温度指示信号和由谐振器产生的振荡输出信号的函数的频率输出信号。
6.根据权利要求5所述的振荡器电路，振荡器电路还包括被配置和布置为维持谐振器的振荡的维持电路。
7.根据权利要求5所述的振荡器电路，其中谐振器包括硅。
8.根据权利要求5所述的振荡器电路，其中输出电路包括锁相环。
9.根据权利要求5所述的振荡器电路，其中谐振器是压阻式的。
10.一种振荡器电路，包括 谐振器和温度检测电路，温度检测电路被配置和布置为检测谐振器的温度；和信号转换电路，被配置和布置为将检测到的温度转换成调整信号以及采用调整信号提供频率输出信号，该频率输出信号从谐振器获得并考虑由温度引起的谐振器的变化。
11.根据权利要求10所述的振荡器电路，其中谐振器是压阻式的。
12.根据权利要求10所述的振荡器电路，其中信号转换电路包括用于确定谐振器的当前振荡频率的频率计数器。
13.根据权利要求10所述的振荡器电路，其中温度检测电路包括用于确定谐振器的当前振荡频率的频率计数器。
14.根据权利要求10所述的振荡器电路，其中频率输出信号将參考时钟提供至电子装置。
15.ー种方法，包括下述步骤 在包括至少ー个电路元件的振荡器电路中，检测谐振器的温度，所述至少一个电路元件被配置和布置用于谐振以及指示所述至少一个电路元件的工作温度；以及 以电信号形式提供检测到的温度，用于调整从所述谐振器获得的频率输出信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个电路元件为压阻式谐振器。
17.根据权利要求15所述的方法，其中提供检测到的温度包括包含电流、电压或电阻信号中的ー种的电信号。
18.根据权利要求15所述的方法，其中提供检测到的温度的步骤还包括检测通过谐振器的电流和电压信号。
19.一种方法，包括下述步骤在包括至少一个电路元件的振荡器电路中，检测所述至少一个电路元件的温度，所述至少一个电路元件被配置和布置用于谐振以及指示所述至少一个电路元件的工作温度； 将检测到的温度转换成调整信号并采用调整信号提供频率输出信号，该频率输出信号从所述至少一个电路元件获得并考虑由温度引起的谐振器的变化。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以包括电流、电压或电阻信号中的一种的电信号的形式提供检测到的温度的步骤。
21.根据权利要求19所述的方法，其中转换检测到的温度是经由模数转换器和逻辑电路实现的。
全文摘要
一种包括硅型MEMS振荡器的MEMS振荡器及其方法，特别是压阻式谐振器，可以用来提供固定的、稳定的输出频率。硅的杨氏模量具有天然的温度相关性，因此，当环境温度变化和/或压阻式谐振器被供电时，谐振器温度变化，并且谐振器的谐振频率漂移。为了考虑压阻式谐振器的温度漂移，压阻式谐振器本身用作温度传感器。压阻式谐振器的相对电阻变化仅依赖于相对温度变化和谐振器的材料特性。因此，可以直接在压阻式谐振器上检测精确的温度。温度漂移信息提供至频率调整器，频率调整器修正该电路的输出频率。
文档编号H03B5/04GK103051285SQ20121038072
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月9日 优先权日2011年10月14日
发明者金·范乐, 约瑟夫·托马斯·马丁内斯·范贝克 申请人:Nxp股份有限公司