温度补偿计时信号发生器的制造方法

温度补偿计时信号发生器的制造方法
【专利摘要】温度补偿计时信号发生器，包括晶体振荡器(12；112)，其被配置为产生基准时间信号，以及分频电路(14；114)，其被设置为接收所述基准时间信号作为输入并输出粗略时间单位信号，所述粗略时间单位信号具有随着所述晶体振荡器的温度偏离所需频率的实际频率。所述信号发生器还包括高频振荡器(16；116)，其被配置为产生内插信号，该信号具有大于所述晶体振荡器的频率(fXT)的频率(fRC)。有限状态机(24；124)根据温度计算偏差补偿信号，该信号包括表示要在所述分频电路(14；114)中被抑制或注入的整脉冲数的整数部，和表示应该进一步将新的时间单位信号脉冲输出延迟多久才能补偿其余的任何偏差的小数部。
【专利说明】温度补偿计时信号发生器

【技术领域】
[0001]本发明涉及温度补偿计时信号发生器。更具体地说，本发明涉及这样的计时信号发生器:其中使用脉冲抑制和/或脉冲注入来补偿温度变化。

【背景技术】
[0002]计时信号发生器是已知的。它们包括提供计时信号的振荡器。振荡器通常包括用于稳定振荡频率的石英晶体谐振器。尽管在原理上，石英晶体振荡器非常精确，但是已知，它们的精确度会受到温度的不利影响。石英晶体基本像机械谐振器那样执行操作，温度方面的任何变化都会导致其发生极为轻微的膨胀或收缩，从而改变谐振频率。为了克服谐振频率变化的问题，已知现有技术提供了多种方法。
[0003]图1是现有技术计时器的功能图，该计时器包括石英晶体控制的振荡器1、一系列二进制除法器(触发器)2以及步进电动机3，该电动机被设置为驱动采取表针形式的计时器的显示装置4。在此计时器中，石英晶体通常为32’768Hz石英晶体音叉谐振器。32’768等于215。因此，除法链可包括十五个二进制除法器，以便该链的输出频率为1Hz，适合于驱动步进电动机3。
[0004]32’ 768Hz石英晶体音叉谐振器一般通过这样的方式分割:当根据温度绘制频率时，定义以25°C为中心的抛物线。换言之，石英晶体音叉谐振器在室温下接近标称频率谐振，但是当温度从室温升高或降低时，谐振速度便降低。32’ 768Hz音叉谐振器的一般抛物线系数为-0.04ppm/°C 2o
[0005]已知配备有温度传感器并且能够补偿温度变化的计时器。专利文献US 3，895，486描述了一种温度补偿计时设备，以及温度补偿方法。这种被称为抑制补偿的特定方法被用于降低计时信号的频率。为实现此方法，必须专门将石英晶体谐振器制造为运行稍快。脉冲抑制补偿包括:使除法链以定期的间隔(例如，10秒或I分钟)跳过少量的周期。每次跳过的周期数取决于温度并且借助所设计的查找表来确定。
[0006]另一公知的用于补偿温度变化的方法是脉冲注入补偿。与抑制补偿相反，注入补偿通过增加计时信号的频率来工作。例如，如专利文献US 3，978，650中所述，注入补偿包括:将额外的校正脉冲纳入(注入)通过二进制除法器链馈入的数字信号内。再次，注入的脉冲数借助温度传感器和所设计的查找表确定。
[0007]抑制补偿和注入补偿均与定量误差关联。定量误差源自不可能仅增加或抑制零点几个脉冲这一事实。当振荡器的频率为f时，定量将分辨率限制为I秒1/f。如果谐振器的振荡频率为f = 32768Hz，则分辨率不高于30.5ppm，从而产生大约±15ppm的误差。为了获取例如Ippm的分辨率，有必要在至少一百万个周期上进行补偿。在32768Hz谐振器的情况下，这意味着至少等待31秒才能应用抑制或注入补偿。因此，通过此类补偿，从二进制除法器链2输出的IHz频率容易稍微偏离其标称频率，一直到第30个脉冲，然后在第31个脉冲处将累积误差作为整体进行补偿。这对于作为时间积分仪的手表而言不是问题。但是，例如在计时信号发生器的实例中，每个单独的脉冲的精确度应该高于lppm。在这种情况下，上述温度补偿法并不令人满意。因此，本发明的目标是提供这样一种信号发生器:即，其中每个单独的振荡被进行热补偿。


【发明内容】

[0008]本发明通过提供根据所附权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器来实现上述目标。
[0009]根据本发明，温度补偿计时信号发生器执行抑制补偿和/或注入补偿用于每个时间单位脉冲的持续时间的粗略热补偿，并且该信号发生器进一步实现“小数抑制”作为内插法，以允许校正与抑制和/或注入补偿关联的定量误差。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]通过阅读以下仅借助非限制性实例给出的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，下面的描述参考附图做出，其中:
[0011]-图1是现有技术时钟的基本功能图，该时钟包括时基和分频器，以及电动机和通过分频器驱动的时间指示装置；
[0012]-图2是示出石英晶体音叉谐振器和RC振荡器的频率的温度依存性的图表；
[0013]-图3是示出根据本发明的特定实施例的温度补偿计时信号发生器的基本功能框图；
[0014]-图4是示出图3中的温度补偿计时信号发生器的备选实现的详细功能框图；
[0015]-图5是示出温度补偿对作为图4中的计时信号发生器的输出提供的计时信号的效应的时序图。

【具体实施方式】
[0016]图3是示出根据本发明的第一实施例的温度补偿计时信号发生器的框图。图3中的计时信号发生器被设计为通过输出20提供一系列温度补偿时间单位信号脉冲。该发生器包括被设置为产生基准时间信号的晶体振荡器12。该晶体振荡器例如可基于传统的32.768kHz石英晶体音叉谐振器。所示的发生器进一步包括分频器14，该分频器被设置为对基准时间信号的所有振荡进行计数，并且针对来自晶体振荡器的基准时间信号的每32’ 768次振荡输出一个时钟脉冲。
[0017]仍参考图3，可看出本发明的温度补偿计时信号发生器进一步包括高频振荡器16。振荡器16被设置为将时钟信号提供给表示可变延迟的方框38。可变延迟38被设置为通过稍微延迟计时信号边沿的开始来补偿温度变化。该可变延迟的操作将做进一步描述。所选择的高频振荡器的频率至少比发生器提供的温度补偿计时信号的频率大六个量级。优选地，高频振荡器的频率至少比温度补偿计时信号的频率大17倍。例如，如果温度补偿计时信号的目标频率为1Hz，则高频振荡器可以是IMHz振荡器，或者优选地为1MHz振荡器。例如，集成在芯片上的1MHz RC振荡器。
[0018]所示的温度补偿计时信号发生器进一步包括温度补偿装置，该装置整体由参考标号17标识。再次参考图3，可看到，温度补偿装置包括温度信号发生框18，其被设置为通过输出22提供表示温度的信号；偏差补偿信号发生框24，其被设置为同时接收来自方框18的信号和方框40提供的频率比信号，并同时提供整数和小数偏差补偿信号作为输出；小数累积框30，其被设置为通过输入28接收小数偏差补偿信号并且将其加到之前的小数偏差补偿信号中的其余部分上，以便通过输出37将小数抑制命令信号提供给可变延迟38，最后包括“抑制/注入控制”框34，其被配置为通过输入26接收整数偏差补偿信号并通过输出36为分频装置14提供抑制/注入命令信号。
[0019]在更详细的描述中，温度信号发生框18包括与晶体振荡器12热耦合的温度传感器。该温度传感器被设置为测量晶体振荡器的温度。该传感器可以是本领域的技术人员所知的任何类型的传感器。例如，该温度传感器可以是热敏电阻。该传感器也可以是其频率对温度敏感的振荡器。更具体地说，根据特定的实施例，温度传感器可以是高频振荡器16。方框18被设置为通过输出22将温度信号提供给方框24。方框24可访问与晶体振荡器12的频率/温度行为有关的数据，并且方框24被设置为同时使用该数据以及温度信号以提供偏差补偿信号，从而补偿晶体振荡器的频率与所需频率之间与温度相关的偏差。上述频率/温度相关的数据中的至少某些被记录在方框24中包含的非易失性存储器内。
[0020]在其中本发明的温度补偿计时信号发生器被设置为提供其时间单位为I秒的时间单位信号的特定情况下，方框24所产生的偏差补偿信号优选地对应于晶体振荡器12的频率与标称频率的偏差。在其中本发明的温度补偿计时信号发生器被设置为提供其时间单位不同于I秒的时间单位信号的情况下，基准时间信号的频率可有利地被表示为每时间单位的振荡数，而不是表示为每秒的振荡数。因此应该理解，与标称频率的偏差优选地被表示为晶体振荡器12的振荡数。该偏差将被表示为晶体振荡器的整振荡数与对应于晶体振荡器的其余振荡部分的小数部分的组合。这就是为何方框24所提供的偏差补偿信号同时包括整数部和小数部的原因，其中整数部对应于要在分频器14中抑制或注入的晶体振荡器的整脉冲数，小数部旨在补偿其余的任何偏差。将进一步理解，在其中晶体振荡器的频率高于标称频率的情况下，偏差的整数部通过脉冲抑制进行补偿，小数部通过小数抑制进行补偿。另一方面，在其中晶体振荡器的频率低于标称频率的情况下，偏差的整数部通过脉冲注入进行补偿，而小数部始终通过小数抑制进行补偿。无论整数还是小数，抑制都不会增加计时信号的频率。因此，在其中晶体振荡器的频率低于标称频率的情况下，被注入分频器的整脉冲数应该足够大，以便将计时信号的频率增加到至少所需的高度。然后可使用小数抑制稍微降低频率，从而消除由于定量误差导致的任何过补偿。换言之，根据晶体振荡器的频率高于还是相反地低于标称频率，偏差补偿信号的整数部和小数部应该进行不同方式的组合。在其中晶体振荡器的频率高于标称频率的第一情况下，偏差应该优选地被表示为要抑制的整脉冲数和对应于小数抑制的小数余部之和；而在其中晶体振荡器的频率低于标称频率的第二情况下，偏差优选地被表示为从整脉冲数减掉小数余部。
[0021]方框24被设置为通过输出26提供偏差补偿的整数部，以及通过输出28提供偏差补偿信号的小数部。根据本发明，偏差补偿信号的小数部进一步地被转换为高频振荡器16的等效周期数。因为高频振荡器16的振荡周期比晶体振荡器12的振荡周期小好多倍，所以偏差补偿信号的小数部的转换值一般超过高频振荡器的数个周期。因此，所转换的偏差补偿信号小数部可四舍五入为高频振荡器的整周期数，并且不会丧失太多的精确度。
[0022]根据一个实施例，偏差补偿信号发生框24包含查找表,该表预加载对应于选定温度范围的偏差值。基于方框24所接收的温度信号，查找表通过输出26提供整数偏差补偿信号，通过输出28提供小数偏差补偿信号。如上所述，小数偏差补偿信号被表示为高频振荡器16的整周期数。以此方式将偏差表示为高频振荡器的周期需要了解两个振荡器12和16的频率之间的关系。根据所示实例,对应于晶体振荡器12和高频振荡器16的频率之间的比率的频率比信号可从方框40提供给方框24。方框24使用此比率以将对应于晶体振荡器12的部分周期的小数偏差补偿信号转换为高频振荡器16的对应整周期数。
[0023]本领域的技术人员将理解，方框40可使用多种方式确定频率比。根据不同的实施例，方框40可通过对晶体振荡器的一个振荡周期内的来自高频振荡器的脉冲数进行计数，或者通过使用预加载给定温度范围内不同温度的比率值的查找表，来确定晶体振荡器12和高频振荡器16的频率之间的比率。
[0024]方框24的输出28被设置为在温度补偿计时信号(通过输出20提供)的每个脉冲期间将新的偏差补偿信号的小数部提供给小数累积框30。新的温度补偿信号的小数部被加到小数累积框30中已有的偏差补偿信号的小数累积额上。将理解，由于偏差补偿信号的小数部被表示为高频振荡器16的整周期数，因此小数累积框的状态为对应于高频振荡器的累积周期数的值。每当高频振荡器的累积周期数增加到超过晶体振荡器12的一个周期，则从小数累积框的内容中减去一个晶体振荡器周期。通过此方式，小数累积框30提供的小数抑制命令信号始终对应于小于偏差补偿信号的整数部的一个单位。从小数累积框30的内容中减去的晶体振荡器的任何整周期通过输出32被发送到抑制/注入控制框34，在该控制框中，它与偏差补偿信号的整数部合并(做加法或减法)，以便形成抑制/注入命令信号。但是应该理解，根据本发明的备选实施例，可以让小数累积框中包含的累积周期数增加到等于晶体振荡器12的数个周期，然后才从小数累积框的内容中减去这些周期。
[0025]抑制/注入控制框34被设置为在温度补偿计时信号的每个周期上校正一次分频装置14的状态。本领域的技术人员了解，抑制或注入可提供温度补偿。但是，如简介中介绍的那样，通过抑制或注入获取的温度补偿是粗略补偿(即，具有有限的分辨率)，本发明的目标是允许以更精细的分辨率实现温度补偿。本发明通过进一步使用偏差补偿信号的小数部控制可变延迟38，从而实现更精细的第二温度补偿来实现此目标。
[0026]根据所示实施例，可变延迟38例如是数字计数器，其被配置为从小数累积框30接收小数抑制命令信号作为输入，并且在产生输出信号之前倒数到零。一方面需要指出，可变延迟38由高频振荡器16进行钟控，另一方面需要指出，小数抑制命令信号被表示为高频振荡器16的整周期数。因此，应该理解，根据本发明的温度补偿计时信号发生器的所示实例允许将温度补偿到最高为等于高频振荡器16的周期的精确度。例如，如果温度补偿计时信号的目标频率为1Hz，并且高频振荡器为IMHz振荡器，则频率分辨率将为lppm。
[0027]图4是示出对应于图3所示的本发明实施例的备选实现的温度补偿计时信号发生器的功能框图。根据该备选实现，本发明的计时信号发生器采取精确的每秒I个脉冲的计时信号发生器的形式。图4中的发生器被设计为通过输出120提供温度补偿的IHz计时信号。该发生器包括基于传统的石英晶体音叉谐振器的32.768kHz晶体振荡器112。所示的发生器进一步包括计数器114，其被设计为对来自晶体振荡器112的所有振荡进行计数，并且在每次计数到32’ 768次晶体振荡时输出时钟脉冲。该计数器然后复位以开始下一秒(即，32.768)计数。该计时信号发生器进一步包括lOMHzRC振荡器116。振荡器116被设置为将时钟信号提供给可变延迟框138。可变延迟框138用于补偿温度变化。可变延迟的操作将做进一步描述。
[0028]图4所示的温度补偿计时信号发生器还包括整体由参考标号117标识的温度补偿装置。所示的温度补偿装置由功能框118、124、130、134和142构成。功能框118从晶体振荡器112和RC振荡器116接收输出信号。方框118被设置为对落在晶体振荡器112的预定振荡周期数(P)内的RC振荡器116的脉冲数(M)进行计数。例如，功能框118可通过一对计数器实现，这对计数器被设置为对来自上述两个振荡器的脉冲进行计数。只要计数器中的一者已对来自晶体振荡器的P个脉冲进行计数，另一计数器便停止对来自RC振荡器的脉冲进行计数。第二计数器在停止时的状态为脉冲计数M。M是取决于两个振荡器的温度(T)的整数。功能框118被设置为在温度补偿计时信号的每个周期上计算一次M(T)。因此，每秒计算一次计数M(T)的新值。此外，RC振荡器116与晶体振荡器112进行热接触。因此，两个振荡器具有相同的温度T。
[0029]图2的图表一方面示出包括石英晶体音叉谐振器的晶体振荡器的频率fXT的典型温度相关曲线，另一方面示出RC振荡器的频率&。的典型温度相关曲线。尽管该图表的水平标度和垂直标度不同，但是可看出，RC振荡器116的频率fK。随温度变化的速度一般远大于晶体振荡器112的频率fXT的变化速度。此外，RC振荡器的频率随温度的变化基本呈线性。因此，可以选择这样的振荡器，使得计数M(T)与温度T之间的关系在预定操作范围内呈单一性(明确)。在功能框118中计算的计数M(T)因此可被用作温度信号。脉冲计数M(T)可通过下面的方程式(I)计算:
[0030]M(T) = f 10r (P*fEC/fXT) (I)
[0031]其中频率fKC和fXT均依赖于温度T(在本申请中使用的“floor”、“Ceiling”和“sawtooth”函数在维基百科的条目“floor和ceiling函数”中定义，该条目在此纳入作为参考)。
[0032]值得注意的是，图4中的功能框118可被视为图3中的温度信号发生框18的特定实现。
[0033]温度信号M(T)通过功能框118的输出122被提供给偏差补偿信号发生框124。根据所示实例，偏差补偿信号发生框124包括有限状态机，其配置有校准数据，以便针对预定操作范围内的温度信号M(T)的任何值提供偏差补偿信号。校准之后，有限状态机便能够针对操作范围内的任何新的M(T)值计算石英晶体振荡器112的偏差(偏差=fXT - 32’768)。偏差补偿信号发生框124被设置为针对每个IHz温度补偿计时信号提供一次新的偏差补偿信号。换言之，针对每个新的计数M(T)提供偏差补偿信号的新值。
[0034]配置有限状态机非常简单。事实上，众所周知，音叉石英晶体谐振器的频率-温度行为非常接近抛物线。因此，可通过简单的二次多项式拟合，以相当准确的精确度预测晶体振荡器112的行为。计算多项式拟合而非使用预加载的查找表的优点是:多项式拟合只需针对三个不同的温度TL、T0和Th(如图2所示)预加载温度信号M(T)和频率fXT(M)的值。此外，如上所述，根据该实施例，标称频率为32’ 768Hz，或者以其它方式表示为215Hz。这表示，石英晶体振荡器的标称频率可进一步被表示为二进制数I’000’000’000’000’000。因此，在二进制记数法中，十进制频率偏差fXT_32’ 768变为fXT-l’ 000’ 000’ 000’ 000’ 000。由于与温度相关的频率偏差与标称频率相比较小，因此，二进制频率偏差的模量应该仅在具有最小权重的数字当中包括有非零数字。与此特征关联的优点是:它允许选择较简单的算法来计算频率偏差，因此减少所需的计算量。
[0035]非常值得注意的是，偏差补偿信号发生框124不仅计算频率偏差的整数部(在下文中以字母“K”指示)，而且还计算偏差的小数成分(在下文中以字母“η”指示)，一直到预定数量的小数二进制位数。因此，在其中fXT_32’768>0的情况下，总频率偏差等于K+n，其中0〈η〈1。K和η可分别使用下面的两个方程式(2)和(3)计算:
[0036]K = floor (fXT - 32，768) (2)(并且 K 是正整数或零)
[0037]n = - 32，768 - K (3) (O ( n〈l)
[0038]此外，在其中fXT - 32’ 768<0的情况下，K和η可通过两个相同的方程式计算:
[0039]K = floor (fXT-32? 768) (2，)(但 K 是负整数)
[0040]n = fXT - 32，768 - K(3’)(O 彡 n〈l 始终为真)
[0041]并且总频率偏差始终等于K+n(当K为负数时，表示应该使用脉冲注入而非脉冲抑制)。与结合图3的实施例描述的内容类似，功能框124进一步将η(偏差补偿信号的小数部)转换为RC振荡器116的等效周期数ηρ。因为对应于IMHz的振荡周期比对应于32.768kHz的振荡周期小好多倍，所以偏差补偿信号的小数部η的转换值ηρ —般超过RC振荡器的数个周期。因此，ηρ可被四舍五入为整周期数，并且不会丧失太多的精确度。“ηρ”可通过下面的方程式(4)计算:
[0042]np = floor (n*M/P) (4)
[0043]其中M是功能框118计算的M(T)，P是对M进行计数期间的晶体振荡器112的振荡周期数。
[0044]如已经结合图3介绍的那样，ηρ基本对应于RC振荡器的周期数，在这些周期内，温度补偿的IHz计时信号的新脉冲的开始应该被延迟，以便补偿温度。但是应该理解，如果延迟IHz信号的特定脉冲，接下来的脉冲也必须被延迟(要不然就是下一脉冲缩短)。因此，延迟应该同时考虑ηρ和之前脉冲的延迟值。仍参考图4，可看出，方框124的输出128被设置为将新的偏差补偿信号的小数部ηρ提供给钻石形状的功能框130。功能框130作为累积器工作，其中新的偏差补偿信号的小数部值ηρ被加到对应于之前的小数抑制命令信号的值ηΙΝΤ上。之前的小数抑制命令信号值％?由功能框142提供。例如，功能框142可以是由D触发器组成的寄存器。
[0045]结合功能框134，功能框130被进一步设置为做出以下决策:
[0046]如果ηρ+ηΙΝΤ 彡 Μ/P,则 nINT，= np+nINT - M/P
[0047]否则nINT，= np+nINT
[0048]其中nINT，是新的小数抑制命令信号并且对应于RC振荡器的周期数，在这些周期内，温度补偿的IHz计时信号的新脉冲的开始应该被延迟，以便补偿温度；M是由功能框118计算的M(T)，比率Μ/P对应于晶体振荡器112的一个周期长度，该长度以等于RC振荡器的周期的单位表示。
[0049]通过上述内容可理解，功能框130和134以nINT始终小于Μ/P的方式操作。而且，Μ/P对应于晶体振荡器112的一个周期的持续时间，因此，从偏差补偿信号的累积小数部减去的任何数量Μ/P可通过功能框134随即作为I个附加的单位被加到偏差补偿信号K-1的整数部上。换言之，每当从偏差补偿信号的累积小数部减去数量Μ/P时，一个单位被加到偏差补偿信号的整数部上，从而使其值从K-1变为K。
[0050]新的偏差补偿信号的整数部K可用于在IHz温度补偿计时信号的每个周期上校正一次分频装置14的状态。根据所示实施例，偏差补偿信号的整数部K对应于应该在IHz温度补偿计时信号的特定周期内被抑制的晶体振荡器112的32.768kHz脉冲的数量。如简介中介绍的那样，与脉冲注入补偿相同，脉冲抑制补偿可提供不高于30.5ppm的分辨率。如之前所解释，为了实现效果可达Ippm的分辨率，本发明还使用偏差补偿信号的小数部np来控制可变延迟138，从而以更精细的分辨率实现第二级温度补偿。
[0051]如在上面的实例中那样，可变延迟138例如可以是由RC振荡器116进行钟控的数字计数器，其被配置为接收功能框134提供的小数抑制命令信号ηΙΝΤ，。由于ηΙΝΤ，以等于RC振荡器的振荡周期的单位表示，可变延迟138允许将温度补偿到最高精确度等于1MHz RC振荡器的周期，即，10-7秒。
[0052]图5是示出温度补偿对作为图4中的计时信号发生器的输出提供的计时信号的效应的时序图。参考图5，第一行示出理想的每秒I个脉冲(Ipps)信号，该信号可能由完全补偿的计时信号发生器产生。该图所示的理想脉冲的上升沿分别由il、i2、?3和i4标示。位于边沿il与i2之间的双头箭头表示振荡周期T(在该实例中为I秒)。
[0053]图5中的第二行示出在缺乏任何温度补偿的情况下，由图4中的功能框114提供的实际脉冲。第二行的未补偿信号频率等于晶体振荡器112的频率除以32’768。可看出，未补偿信号明显偏离理想信号。此偏差一般部分地因为制造谐振器的方式，部分地因为周围环境温度的变化。从图5可看出，与理想信号相比，未补偿信号实际很快。事实上，由于脉冲抑制和延迟均具有降低频率的效应，因此图4的振荡器112中的音叉石英晶体谐振器必须被制造为速度非常快。但是需要指出，在其中温度补偿同时使用脉冲抑制和脉冲注入的实施例中，不要求谐振器非常快。
[0054]图5中的第三行示出当使用脉冲抑制进行粗略温度补偿时，由功能框114提供的实际脉冲。第三行所示的通过脉冲抑制实现粗略温度补偿是公知的。脉冲抑制具有降低频率的效应，因此使得频率更接近理想频率。但是，脉冲抑制只能将下一脉冲的开始延迟晶体振荡器的振荡周期的倍数；即大约1/32’ 768Hz，或者换言之，31 μ S。因此分辨率约为30ppmo
[0055]图5中的第四行示出图4中的计时信号发生器所提供的温度补偿计时信号。可看出，温度补偿计时信号几乎完全与第一行中理想的Ipps信号同步。可变延迟能够以等于RC振荡器的振荡周期的分辨率延迟下一脉冲的开始；即大约l/107s，或者换言之，0.1μ S。因此分辨率约为0.lppm。
[0056]所述温度补偿计时信号发生器的一个优点是可具有极低的能耗。事实上，除了高频振荡器之外，计时信号发生器的组件所需的功率极小。因此，根据本发明的优选实施例，为了节能，高频振荡器在每个时间单位的大部分时间内关闭，仅在需要时被接通。
[0057]更具体地说，通过将此操作方式应用于图4所示的特定实例，可看出当图4中的1MHz RC振荡器116之类的振荡器被接通时，需要大约120 μ s才能使频率稳定。一旦振荡稳定，通常在大约I’ 000 μ s的时间内执行以下操作:在晶体振荡器的P个周期内对RC振荡器的脉冲数M(T)进行计数。最后，实现小数抑制只需少量的RC振荡器周期。因此，RC振荡器一般在每秒中执行1.1毫秒。这对应于大约1/900的占空比。从而可以相同的比例减少RC振荡器的功耗。
[0058]最后应该理解，图3中的高频振荡器或图4中的RC振荡器严重偏离其标称频率并不是问题。事实上，频率比Μ/P定期更新，优选地在温度补偿计时信号的每个周期更新一次。
【权利要求】
1.一种温度补偿计时信号发生器，其用于产生一系列温度补偿的时间单位信号脉冲，所述时间单位是任意预定义的时间间隔，所述计时信号发生器包括: 晶体振荡器(12 ;112)，其被配置为产生基准时间信号，以及分频电路(14;114)，其被设置为接收所述基准时间信号作为输入并输出粗略时间单位信号，所述基准时间信号和所述粗略时间单位信号分别具有随着所述晶体振荡器的温度偏离对应的所需频率的实际频率； 高频振荡器(16 ;116)，其被配置为产生内插信号，该信号具有的频率(fK。)大于所述晶体振荡器的频率(fXT); 温度信号发生电路(18 ;118)，其包括与所述晶体振荡器(12 ；112)进行热接触的温度传感器，并且被配置为定期提供和刷新表示所述晶体振荡器的温度的数字温度信号； 有限状态机(24 ;124)，其配置有校准数据，以便根据所述数字温度信号，针对每个时间单位信号脉冲计算偏差补偿信号，该偏差补偿信号包括整数部和小数部，所述整数部表示要在所述分频电路(14;114)中被抑制或注入的整脉冲数，所述小数部表示应该进一步将新的时间单位信号脉冲的输出延迟多久才能补偿其余的任何偏差； 粗略补偿电路(34 ;126)，其被设置为接收每个新的偏差补偿信号的所述整数部，并且针对每个时间单位信号脉冲在所述分频电路(14;114)中注入或抑制一定数量的基准时间信号脉冲，脉冲的所述数量取决于所述偏差补偿信号的所述整数部； 频率变换电路(24、40 ;118、124)，其被设置为定期提供和刷新表示所述高频振荡器(16 ；116)的频率与所述晶体振荡器(12 ；112)的频率的比率(Μ/P)的数字频率比信号，并且进一步被设置为将对应于每个时间单位信号脉冲的偏差补偿信号的所述小数部(η)转换为对应的内插信号周期数(ηρ)； 小数累积电路(30 ;130、134)，其被设置为针对每个时间单位信号脉冲接收所述内插信号周期数(ηρ)的新数目，并且通过将所述内插信号周期数(ηρ)的所述新数目与之前的小数抑制命令信号(ηΙΝΤ)相加，迭代地计算新的小数抑制命令信号(ηΙΝΤ，)； 可变延迟电路(38 ; 138)，其被设置为接收每个新的小数抑制命令信号(ηΙΝΤ，)并将下一时间单位信号脉冲的输出延迟内插信号对应周期数的时长。
2.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中，如果所述新的小数抑制命令信号(ηΙΝΤ，)相当于不小于所述晶体振荡器的一个周期(Μ/Ρ)，则从所述新的小数抑制命令信号中减去所述晶体振荡器的一个周期(Μ/P)，然后将一个单位加到所述偏差补偿信号的所述整数部(K)上。
3.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中，所述高频振荡器(16;116)具有至少是所述温度补偿时间单位信号脉冲的频率的16倍的频率。
4.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述晶体振荡器包括32’ 768Hz音叉石英晶体谐振器。
5.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述温度补偿时间单位信号脉冲的频率为IHz。
6.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述高频振荡器(16；116)为集成在芯片上并具有至少IMHz的频率(fK。)的RC振荡器。
7.根据权利要求6所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述高频振荡器(16;116)具有至少1MHz的频率。
8.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中，如果所述基准时间信号的频率(fXT)高于对应的所需频率，则所述偏差补偿信号的所述整数部(K)等于不大于频率偏差的模量的最大整数，并且对应于将在所述分频电路中抑制的整脉冲数，并且所述偏差补偿信号的所述小数部(η)等于所述频率偏差的小数部的模量。
9.根据权利要求1所述的温度补偿计时信号发生器，其中，如果所述基准时间信号的频率低于对应的所需频率，则所述偏差补偿信号的所述整数部(K)等于不小于频率偏差的模量的最小整数，并且对应于将在所述分频电路中注入的整脉冲数，并且所述偏差补偿信号的所述小数部(η)等于I减去所述频率偏差的小数部的模量。
10.根据上述任一权利要求所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述高频振荡器被设置为在每个时间单位上间歇地操作一次，并且其中所述可变数字延迟被配置为使用所述高频振荡器，以便在所述振荡器已启动并被赋予足够的时间进行稳定之后，以及在所述振荡器再次停止之前，在每个时间单位上调整一次下一时间单位信号脉冲的开始的延迟。
11.根据权利要求10所述的温度补偿计时信号发生器，其中所述频率变换电路(24、.40 ;118、124)在所述振荡器已启动并被赋予足够的时间进行稳定之后，以及在所述振荡器再次停止之前，在周期性第二时间间隔期间刷新所述数字频率比信号，该周期性第二时间间隔在每个时间单位上出现一次，并处于所述第一时间间隔之外。
【文档编号】H03K3/011GK104518759SQ201410510511
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】D·吕菲克斯, N·斯科拉里 申请人:微晶公司