温控及温度补偿的振荡装置及其方法与流程

1.本发明有关于一种温控及温度补偿的振荡装置及其相关方法。


背景技术：

2.应用于晶体振荡器的石英谐振器具有依据温度而大幅改变振荡频率特性的特性。为了补偿这种变化以确保高精度的稳定频率特性，已经提出了各种技术。常规已知的恒温控制晶体振荡器就是这样的技术之一。
3.这类恒温控制晶体振荡器用以比较实际温度与一设定温度，此实际温度与由温度传感器测得的外部空气温度相关，并控制热源，以缩小两个温度之间的差值，从而将容纳在作为壳体的恒温炉中的石英谐振器的温度保持在预设的目标温度。详细地说，恒温控制晶体振荡器通常由温度传感器、已经设定了预设目标温度的温度设定单元、比较器或例如晶体管的控制装置、作为热源的加热器、用于驱动石英谐振器的振荡电路构成，以完成模块化，并将所得模块与石英谐振器一起容纳在恒温炉中。温度传感器、温度设置单元、比较器和加热器整合在集成电路(ic)中。当实际温度较低时，设定温度较高。但是，设定温度过高会降低ic的性能。
4.因此，本发明为在针对上述的缺点，提出一种温控及温度补偿的振荡装置及其方法，以解决现有技术所产生的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种温控及温度补偿的振荡装置及其方法，其避免过高的目标温度降低集成电路的性能。
6.在本发明的一实施例中，一种振荡装置位于具有环境温度的环境中，振荡装置包括一加热器、一频率源、一压控振荡电路与一温控电路。频率源的频率与环境温度呈温度相依关系，压控振荡电路耦接频率源。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，压控振荡电路驱动频率源降低由于环境温度的变化而造成的频率源的频率变化。温控电路耦接加热器与压控振荡电路。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，温控电路驱动加热器升至一目标温度，以调整频率源的操作温度。第一温度高于第三温度。
7.在本发明的一实施例中，一种振荡装置位于具有环境温度的环境中，振荡装置包括一加热器、一温控电路、一频率源、一第一温度传感器与一压控振荡电路。温控电路耦接加热器，频率源的频率与环境温度呈温度相依关系。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，温控电路驱动加热器至一目标温度，以调整频率源的操作温度。第一温度传感器用以感测环境温度。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，第一温度传感器根据环境温度产生第一侦测电压。压控振荡电路耦接频率源与第一温度传感器。压控振荡电路接收第一侦测电压，以驱动频率源，并降低由于环境温度的变化而造成的频率源的频率变化。第三温度高于第一温度。
的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一个或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
19.本发明通篇说明书与权利要求中会使用某些词汇来指称特定元件。本领域技术人员应理解，电子设备制造商可能会以不同的名称来指称相同的元件。本文并不意在区分那些功能相同但名称不同的元件。在下文说明书与权利要求中，“含有”与“包括”等词为开放式词语，因此其应被解释为“含有但不限定为
…”
之意。当在本说明书中使用术语“包括”、“包括”及/或“具有”时，其指定了所述特征、区域、步骤、操作及/或元件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、区域、步骤、操作、元件及/或其组合的存在或增加。当元件或层别被称为在另一个元件或层别“上”或“连接到”另一个元件或层别时，它可以直接在此另一元件或层别上或直接连接到此另一元件或层别，或者两者之间存在有插入的元件或层别，例如电性连接、无线通信、光学通讯或其他信号连接。相反地，当元件被称为“直接”在另一个元件或层别“上”或“直接连接到”另一个元件或层别时，两者之间不存在有插入的元件或层别。
20.在下面的描述中，提供一种温控及温度补偿的振荡装置及其方法。在振荡装置中，在环境温度较高时，压控振荡电路驱动频率源以降低由环境温度的变化造成的频率源的频率变化，以避免过高的目标温度降低集成电路的性能。以下提供的振荡装置亦可应用在其他电路架构中。
21.图1为本发明的第一实施例的振荡装置的电路示意图。请参阅图1，振荡装置1位于具有环境温度的环境中。振荡装置1包括一加热器10、一频率源11、一压控振荡电路12与一温控电路13。压控振荡电路12与温控电路13可分别以集成电路实现。频率源11的频率与环境温度呈温度相依关系。压控振荡电路12耦接频率源11。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，压控振荡电路12驱动频率源11降低由于环境温度的变化而造成的频率源11的频率变化。温控电路13耦接加热器10与压控振荡电路12。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，温控电路13驱动加热器10升至一目标温度，以调整频率源11的操作温度。温控电路13可传送温度信息至压控振荡电路12。第一温度高于第三温度。目标温度具有一阶多项式、一高阶多项式或一组一阶和高阶多项式组合与环境温度的相关性。
22.在本发明的某些实施例中，振荡装置1可还包括一第一温度传感器14，其耦接压控振荡电路12。在环境温度位于第一范围中时，第一温度传感器14感测环境温度，以产生第一侦测电压d1。在环境温度位于第一范围中时，温控电路13根据环境温度与目标温度产生第一控制电压c1。压控振荡电路12接收第一控制电压c1与第一侦测电压d1，并根据第一控制电压c1与第一侦测电压d1驱动频率源11。
23.在本发明的某些实施例中，温控电路13可包括一第二温度传感器131、一目标温度设定电路132与一加热式比较器133。第二温度传感器131用以感测环境温度。在环境温度位于第二范围中时，第二温度传感器131根据环境温度产生第二侦测电压d2。目标温度设定电路132用以感测环境温度。在环境温度位于第二范围中时，目标温度设定电路132根据环境温度与目标温度产生第二控制电压c2。在环境温度位于第一范围中时，目标温度设定电路132根据环境温度与目标温度产生第一控制电压c1。加热式比较器133耦接加热器10、第二温度传感器131与目标温度设定电路132。加热式比较器133用以接收第二侦测电压d2与第
二控制电压c2，并根据第二侦测电压d2与第二控制电压c2驱动加热器10至目标温度。
24.在本发明的某些实施例中，压控振荡电路12可包括一驱动式比较器121、一电压产生器122与至少一个压控可变电容器123。驱动式比较器121耦接第一温度传感器14与目标温度设定电路132。驱动式比较器121用以接收第一控制电压c1与第一侦测电压d1，以产生驱动电压dv。电压产生器122耦接驱动式比较器121，电压产生器122用以接收驱动电压dv，并根据驱动电压dv产生至少一个操作电压ov。压控可变电容器123耦接频率源11与电压产生器122，压控可变电容器123用以接收操作电压ov以调整电容值，从而降低频率源11的频率变化。
25.图2为本发明的第二实施例的振荡装置的电路示意图。请参阅图2，振荡装置2位于具有环境温度的环境中。振荡装置2包括一加热器20、一频率源21、一压控振荡电路22与一温控电路23。压控振荡电路22与温控电路23可分别以集成电路实现。频率源21的频率与环境温度呈温度相依关系。压控振荡电路22耦接频率源21。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，压控振荡电路22驱动频率源21降低由于环境温度的变化而造成的频率源21的频率变化。温控电路23耦接加热器20与压控振荡电路22。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，温控电路23驱动加热器20升至一目标温度，以调整频率源21的操作温度。温控电路23可传送温度信息给压控振荡电路22。第一温度高于第三温度。在环境温度位于第一范围时，温控电路23可感测环境温度，以产生第一侦测电压d1。在环境温度位于第一范围时，温控电路23可根据环境温度与目标温度产生第一控制电压c1。压控振荡电路22可接收第一控制电压c1与第一侦测电压d1，并根据第一控制电压c1与第一侦测电压d1驱动频率源21。目标温度具有一阶多项式、一高阶多项式或一组一阶和高阶多项式组合与环境温度的相关性。
26.在本发明的某些实施例中，温控电路23可包括一温度传感器231、一目标温度设定电路232与一加热式比较器233。温度传感器231用以感测环境温度。在环境温度位于第一范围中时，温度传感器231根据环境温度产生第一侦测电压d1。在环境温度位于第二范围中时，温度传感器231根据环境温度产生第二侦测电压d2。目标温度设定电路232用以感测环境温度。在环境温度位于第一范围中时，目标温度设定电路232根据环境温度与目标温度产生第一控制电压c1。在环境温度位于第二范围中时，目标温度设定电路232根据环境温度与目标温度产生第二控制电压c2。加热式比较器233耦接加热器20、温度传感器231与目标温度设定电路232，加热式比较器233用以接收第二侦测电压d2与第二控制电压c2，并根据第二侦测电压d2与第二控制电压c2驱动加热器20至目标温度。
27.在本发明的某些实施例中，压控振荡电路22可包括一驱动式比较器221、一电压产生器222与至少一个压控可变电容器223。驱动式比较器221耦接温度传感器231与目标温度设定电路232，驱动式比较器221用以接收第一控制电压c1与第一侦测电压d1，以产生驱动电压dv。电压产生器222耦接驱动式比较器221。电压产生器222用以接收驱动电压dv，并根据驱动电压dv产生至少一个操作电压ov。压控可变电容器223耦接频率源21与电压产生器222，压控可变电容器223用以接收操作电压ov以调整电容值，从而降低频率源21的频率变化。
28.图3为本发明的第三实施例的振荡装置的电路示意图。请参阅图3，振荡装置3位于具有环境温度的环境中。振荡装置3包括一加热器30、一频率源31、一压控振荡电路32与一
温控电路33。压控振荡电路32与温控电路33可分别以集成电路实现。频率源31的频率与环境温度呈温度相依关系。压控振荡电路32耦接频率源31。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，压控振荡电路32驱动频率源31降低由于环境温度的变化而造成的频率源31的频率变化。温控电路33耦接加热器30与压控振荡电路32。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，温控电路33驱动加热器30升至一目标温度，以调整频率源31的操作温度。温控电路33可传送温度信息至压控振荡电路32。第一温度高于第三温度。目标温度具有一阶多项式、一高阶多项式或一组一阶和高阶多项式组合与环境温度的相关性。在环境温度位于第一范围中时，温控电路33感测环境温度以产生第一侦测电压d1。压控振荡电路32用以接收第一侦测电压d1，并根据第一侦测电压d1驱动频率源31。
29.在本发明的某些实施例中，温控电路33可包括一温度传感器331、一目标温度设定电路332与一比较器333。温度传感器331用以感测环境温度。在环境温度位于第一范围中时，温度传感器331根据环境温度产生第一侦测电压d1。在环境温度位于第二范围中时，温度传感器331根据环境温度产生第二侦测电压d2。目标温度设定电路332用以感测环境温度。在环境温度位于第二范围中时，目标温度设定电路332根据环境温度与目标温度产生控制电压c。比较器333耦接加热器30、温度传感器331与目标温度设定电路332。比较器333用以接收第二侦测电压d2与控制电压c，并根据第二侦测电压d2与控制电压c驱动加热器30至目标温度。
30.在本发明的某些实施例中，压控振荡电路32可包括一电压产生器322与至少一个压控可变电容器323。电压产生器322耦接温度传感器331，电压产生器322用以接收第一侦测电压d1，并根据第一侦测电压d1产生至少一个操作电压ov。压控可变电容器323耦接频率源31与电压产生器322，压控可变电容器323用以接收操作电压ov以调整电容值，从而降低频率源31的频率变化。
31.图4(a)-图4(d)为本发明的第一实施例、第二实施例与第三实施例的第一温度、第二温度、第三温度与第四温度的分布示意图。
32.图5为本发明的第四实施例的振荡装置的电路示意图。图6(a)-图6(d)为本发明的第四实施例的第一温度、第二温度、第三温度与第四温度的分布示意图。请参阅图5与图6(a)-图6(d)，振荡装置4位于具有环境温度的环境中，振荡装置4包括一加热器40、一频率源41、一压控振荡电路42、一温控电路43与一第一温度传感器44。压控振荡电路42与温控电路43可分别以集成电路实现。温控电路43耦接加热器40，频率源41的频率与环境温度呈温度相依关系。在环境温度位于第一温度与高于第一温度的第二温度之间的第一范围中时，温控电路43驱动加热器40至一目标温度，以调整频率源41的操作温度。第一温度传感器44用以感测环境温度。在环境温度位于第三温度与高于第三温度的第四温度之间的第二范围中时，第一温度传感器44根据环境温度产生第一侦测电压d1。压控振荡电路42耦接频率源41与第一温度传感器44。压控振荡电路42接收第一侦测电压d1，以驱动频率源41，并降低由于环境温度的变化而造成的频率源41的频率变化。此外，第三温度高于第一温度。目标温度具有一阶多项式、一高阶多项式或一组一阶和高阶多项式组合与环境温度的相关性。
33.在本发明的某些实施例中，温控电路43可包括一第二温度传感器431、一目标温度设定电路432与一比较器433。第二温度传感器431用以感测环境温度。在环境温度位于第一
范围中时，第二温度传感器431根据环境温度产生第二侦测电压d2。目标温度设定电路432用以感测环境温度。在环境温度位于第一范围中时，目标温度设定电路432根据环境温度与目标温度产生控制电压c。比较器433耦接加热器40、第二温度传感器431与目标温度设定电路432。比较器433用以接收第二侦测电压d2与控制电压c，并根据第二侦测电压d2与控制电压c驱动加热器40至目标温度。
34.在本发明的某些实施例中，压控振荡电路42可包括一电压产生器422与至少一个压控可变电容器423。电压产生器422耦接第一温度传感器44，电压产生器422用以接收第一侦测电压d1，并根据第一侦测电压d1产生至少一个操作电压ov。压控可变电容器423耦接频率源41与电压产生器422，压控可变电容器423接收操作电压ov以调整电容值，从而降低频率源41的频率变化。
35.根据上述实施例，振荡装置避免过高的目标温度降低集成电路的性能。
36.以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的范围内。