专利名称：全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域中的一种全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，特别适用于移动手机电话作全数字温度补偿晶体振荡器集成块器件。
背景技术：
石英晶体振荡器被广泛应用于一切需要稳定频率输出的设备中，但是石英晶体本身的频率又是温度的函数，因此为保持频率不变，就需要进行温度补偿或恒温稳频。通常晶体振荡器有三种类型，一是普通晶体振荡器(XO)，它不需要恒温以及温度补偿，其不足温—频特性低，只能达到10-5量级、只能用于一般的设备如计算机、彩电、VCD等。第二种为恒温晶体振荡器(OCXO)，它由控温电路保持恒温、温一频特性虽可达10-8至10-9量级，但其不足体积大、功耗大、需加温时间长，只能用于对功耗要求不高的设备，第三种是温度补偿晶体振荡器(TCXO)，传统TCXO虽然比OCXO功耗、体积要小得多，但都采用分离元器件组装，模拟电路实现温补，温一频特性指标较低，只能达2.5×10-6量级，功耗较大，只能用在电池供电的一些移动通信机中，综合以上三种晶体振荡器，均不能满足飞速发展的小型移动手机电话中作温补晶振。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种采用CMOS半导体集成电路工艺制造的全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，并且本实用新型还具有体积小，功耗低，电路简单、全数字温度补偿，温一频特性指标高等特点，温补数据由计算机接口控制读写，使产品一致性、产品质量、产品成品率达到最好，便于自动化批量生产。
本实用新型所要解决的问题由下列技术方案实现本实用新型它由温度传感器1、运算放大器2、模/数转换器3、串并转换及状态功能控制器4、6、存储器(E2PROM)5、数/模转换器7、串行异步通信接口及片选时钟控制器8、数字滤波器9、晶体振荡器10、缓冲器11、分频器12、稳压器13、变容管14、晶体谐振器15、隔直流电容C1、谐振电容C2、C3、滤波电容C4、C5、数字滤波器滤波电容C6构成，其中温度传感器1入端1脚与稳压器13出端1脚连接、入端4脚接地端、出端2脚串接电阻R1后与运算放大器2入端1脚和电阻R3一端并接、出端3脚串接电阻R2后与运算放大器2入端4脚和电阻R4一端并接，电阻R4另一端接地端；运算放大器2入端2脚与稳压器13出端1脚并接、入端3脚接地端、出端5脚与电阻R3另一端、模/数转换器3入端14脚、及运放测量端口A脚并接；模/数转换器3入端1、2脚与稳压器13出端1脚并接、入端13脚接地端、出端3至11脚分别与串并转换及状态功能控制器4入端16至24脚连接、入端12脚与分频器12入端1脚连接；串并转换及状态功能控制器4出端4至12脚分别与存储器5入端16至24脚连接、出入端14、15脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器8入出端2、1脚连接、入端2脚与稳压器13出端1脚并接、入端13脚接地端、入端1、3脚分别与功能控制端口B、C脚连接；存储器5出端5至12脚分别与串并转换及状态功能控制器6入端15至22脚连接、出入端14、15脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器8入出端4、3脚连接、入端2、3脚与稳压器13出端1脚并接、入端13脚接地端、入端1、4脚与读写存储器高电压入端口D、E脚连接；串并转换及状态功能控制器6出端4至11脚分别与数/模转换器7入端4至11脚连接、出入端13、14脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器8入出端6、5脚连接、入端2脚与稳压器13出端1脚并接、入端12脚接地端、入端1、3脚分别与功能控制端口B、C脚并接；数/模转换器7出端2脚串接电阻R5后与数字滤波器9入端1脚、电阻R7一端、数字滤波电容端口G脚及数字滤波器滤波电容C6一端并接、入端1脚与稳压器13出端1脚、电源滤波电容端口F脚并接、F脚再串接滤波电容C4后接地端、入端3脚接地端；数字滤波器9入端4脚串接电阻R6后接地端、入端2脚与稳压器13出端1脚并接、入端3脚接地端、出端5脚与电阻R7另一端、电阻R8一端、数字滤波电容端口H脚及数字滤波器滤波电容C6另一端并接；电阻R8另一端与电阻R9一端、温度补偿电压出端口L脚、及隔直流电容C1一端和变容管14负极并接；电阻R9另一端与压控电压入端口J脚连接，稳压器13入端2脚与电源电压入端口I脚连接再串接滤波电容C5后接地端、入端3脚接地端；串行异步通信接口及片选时钟控制器8入端12脚与稳压器13入端1脚并接、入端7脚接地端、出入端8至11脚分别与片选端口S脚、串口通信数据端口T、U脚、时钟入端口V脚连接，分频器12入端3脚与晶体振荡器5出端5脚、缓冲器11入端1脚、电阻R10一端及谐振电容端口R脚并接、谐振电容端口R脚与隔直流电容C1另一端、谐振电容C2一端并接、谐振电容C2另一端接地端；晶体振荡器10入端1脚与电阻R10另一端、晶体连接端口Q脚、晶体谐振器15一端及谐振电容C3一端并接、谐振电容C3另一端接地端；晶体振荡器10和缓冲器11各入端2脚与稳压器13出端1脚并接、各入端3接地端；缓冲器11出端5脚与频率输出端口K脚连接，变容管14正极和晶体谐振器15另一端与晶体连接端口P脚并接后再串接电阻R11接地端，各地端与地端口W脚并接。
本实用新型温度传感器1、运算放大器2、模/数转换器3、串并转换及状态功能控制器4、6、存储器5、数/模转换器7、串行异步通信接口及片选时钟控制器8、数字滤波器9、晶体振荡器10、缓冲器11、分频器12、稳压器13各电路元器件用CMOS工艺集成在一片尺寸长×宽为2350um×2060um硅片上，用超声压焊在印刷电路板上并用胶固定或封装在用陶瓷、塑料材料制作的外壳内。
本实用新型单片集成块硅片表面制作两排焊盘结构，第一排为第1至10脚、第二排为第11至第20脚，其中第1脚至第20脚依次为读写存储器(E2PROM)高电压入端口E、D脚、状态控制端口C、B脚、时钟入端口V脚、片选端口S脚、串行通信数据端口U、T脚、电源滤波电容端口F脚、运放测量端口A脚、压控电压入端口J脚、数字滤波电容端口G、H脚、电源电压入端口I脚、地端口W脚、晶体连接端口Q脚、变容管正极接地电阻端口P脚、温度补偿电压出端口L脚、谐振器隔直电容端口R脚、频率输出端口K脚。
本实用新型相比背景技术具有如下优点1、本实用新型把传统模拟温度补偿方法改进成全数字温补方法，使温度一频率特性指标达到±5×10-7至±5×10-8量级，比TCXO的温一频特性提高1至2个量级。
2、本实用新型全部所需电路采用半导体集成电路工艺CMOS技术制造生产，使整个器件电路简单、体积小、功耗低、工作电压低，满足移动手机电话使用要求。
3、本实用新型设置有计算机接口，温度补偿数据由计算机控制读写，从而使产品指标的一致性、产品质量、产品成品率达到最好，便于自动化大批量生产。
图1是本实用新型实施例的电原理图。
图2是本实用新型单片集成块硅片表面焊盘排列示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本实用新型由温度传感器1、运算放大器2、模/数转换器3、串并转换及状态功能控制器4、6、存储器5、数/模转换器7、串行异步通信接口及片选时钟控制器8、数字滤波器9、晶体振荡器10、缓冲器11、分频器12、稳压器13、变容管14、晶体谐振器15、隔直流电容C1、谐振电容C2、C3、滤波电容C4、C5、数字滤波器滤波电容C6组成。图1是本实用新型实施例的电原理图，实施例按图1连接线路。其中温度传感器1实施例采用电桥电路制作，其作用把温度的变化转换成电压的变化输入运算放大器2、运算放大器2将输入电压进行放大。运算放大器2作用是进行电压放大，经放大后的电压输入模/数转换器3将电压信号转换成二进制数据信号。串并转换及状态功能控制器4作用把模/数转换器3输入的数据信号通过外部计算机输入到存储器5中作为地址信号、另一路通过串并转换及状态功能控制器4出入端口14、15脚、串行异步通信及片选时钟控制8入出端口1、2脚供计算机采样A/D随温度变化的数据。存储器5是用来存储不同温度下的晶体振荡器温度补偿数据，计算机通过异步通信接口及片选时钟控制器8、串并转换及状态功能控制器4、6对存储器5进行读写，数据以表格的形式存储，在同一温度下存储器5中地址和数据是一一对应的，从而达到以全数字方式对晶体振荡器进行温度补偿的目的。串并转换及状态功能控制器6的功能与串并转换及状态功能控制器4相同。数/模转换器7作用将串并转换及状态功能控制器6输入温度补偿数据信号转换成模拟电压信号，输入数字滤波器9。数字滤波器9将数/模转换器7输出的数字信号或阶梯电平进行平滑滤波。串行异步通信及片选时钟控制8作用以串行的方式建立存储器5和串并转换及状态功能控制器4、6之间读写系统的通信，控制片选状态，控制时钟输入。晶体振荡器10作用与外接晶体谐振器15一起产生稳定的频率信号，通过缓冲器11输出工作频率。缓冲器11作用减少负载对晶体振荡器10频率稳定度的影响，提高晶体振荡器10带负载能力。分频器12将晶体振荡器10输出信号分频后作为模/数转换器3的时钟信号。稳压器13对输入的+V电压进行稳压使其输出电压不随外界+V电压的变化而变化，其输出电压为+2.76V。本实用新型温度传感器1、运算放大器2、模/数转换器3、串并转换及状态功能器4、6、存储器5、数/模转换器7、串行异步通信接口及片选时钟控制器8、数字滤波器9、晶体振荡器10、缓冲器11、分频器12、稳压器13实施例均采用相应的集成电路设计制作，并且各电路元器件用CMOS工艺集成在一片尺寸长×宽为2350um×2060um硅片上，用超声压焊在印刷电路板上并用胶固定或封装在用陶瓷、塑料材料制作的外壳内。图2是硅片管脚焊盘排列示意图，实施例按图2结构排列各管脚焊盘，安装成本实用新型集成块结构。
本实用新型变容管14作用在控制电压下改变电容量，从而达到改变振荡频率目的，实施例采用市售通用变容二极管制作，晶体谐振器15作用与晶体振荡器10一起产生稳定振荡频率，实施例根据工作频率选择不同的晶体谐振器15。隔直流电容C1作用隔断直流电压输入振荡回路。谐振电容C2、C3作用为振荡回路谐振元件，产生所需振荡频率。滤波电容C4、C5作用为电源滤波电容。数字滤波器滤波电容C6作用为数字滤波电容，实施例电容C1至C6均采用市售通用电容器件制作，电路中所有电阻器件R均采用集成器件制作。本实用新型安装结构把数字温补晶体振荡器单片集成电路块安装在一块印制板上，变容管14、晶体谐振器15、以及电容C1至C6作为数字温补晶振集成块的外接电路也安装在同一块印刷电路板上，组装成完整的数字温补晶体振荡器。
本实用新型简要工作原理如下由温度传感器1把环境温度变换成模拟电压信号输入运放2进行放大，实施例把-40℃至+85℃的温度范围变换放大成0至+2.76V的直流电压信号，输入模/数转换器3、模/数转换器3把输入电压变换成9位二进制数据，然后输入串并转换及状态功能控制器4写入存储器5中作为它的地址，并且与外接计算机接口B、C、D、E脚连接，外接计算机通过串行读写器对数据采样并送数据库，再由计算机通过串行读写口把存储器5输出端置成高阻态，并向数/模转换器7输入端输入8位二进制数据，从而由小到大或由大到小改变数/模转换器7的输出电压，由于数/模转换器7及经数字滤波器9的输入电压一端与压控电容器即变容管14相连，变容管14直接与晶体谐振器15串接，因此变容管14容量变化改变了晶体振荡器10输出频率，待晶体振荡器10的输出频率达到预期精度时，计算机开始采样并存入数据库，最后由计算机进行处理得到512个地址和相对应的512个与温度一一对应的补偿数据，然后，由计算机通过串行读写口存入存储器5内，完成全数字温度补偿晶体振荡器输出稳定频率的目的。
权利要求1.一种全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，它包括变容管(14)、晶体谐振器(15)、隔直流电容C1、谐振电容C2、C3、滤波电容C4、C5、数字滤波器滤波电容C6，其特征在于它还包括温度传感器(1)、运算放大器(2)、模/数转换器(3)、串并转换及状态功能控制器(4)、(6)、存储器(5)、数/模转换器(7)、串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)、数字滤波器(9)、晶体振荡器(10)、缓冲器(11)、分频器(12)、稳压器(13)，其中温度传感器(1)入端1脚与稳压器(13)出端1脚连接、入端4脚接地端、出端2脚串接电阻R1后与运算放大器(2)入端1脚和电阻R3一端并接、出端3脚串接电阻R2后与运算放大器(2)入端4脚和电阻R4一端并接；运算放大器(2)入端2脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端3脚接地端、出端5脚与电阻R3另一端、模/数转换器(3)入端14脚、及运放测量端口A脚并接；模/数转换器(3)入端1、2脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端13脚接地端、出端3至11脚分别与串并转换及状态功能控制器(4)入端16至24脚连接、入端12脚与分频器(12)出端1脚连接；串并转换及状态功能控制器(4)出端4至12脚分别与存储器(5)入端16至24脚连接、出入端14、15脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)入出端2、1脚连接、入端2脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端13脚接地端、入端1、3脚分别与功能控制端口B、C脚连接；存储器(5)出端5至12脚分别与串并转换及状态功能控制器(6)入端15至22脚连接、出入端14、15脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)入出端4、3脚连接、入端2、3脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端13脚接地端、入端1、4脚与读写存储器高电压入端口D、E脚连接；串并转换及状态功能控制器(6)出端4至11脚分别与数/模转换器(7)入端4至11脚连接、出入端13、14脚分别与串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)入出端6、5脚连接、入端2脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端12脚接地端、入端1、3脚分别与功能控制端口B、C脚并接；数/模转换器(7)出端2脚串接电阻R5后与数字滤波器(9)入端1脚、电阻R7一端、数字滤波电容端口G脚及数字滤波器滤波电容C6一端并接、入端1脚与稳压器(13)出端1脚、电源滤波电容端口F脚并接、F脚再串接滤波电容C4后接地端、入端3脚接地端；数字滤波器(9)入端4脚串接电阻R6后接地端、入端2脚与稳压器(13)出端1脚并接、入端3脚接地端、出端5脚与电阻R7另一端、电阻R8一端、数字滤波电容端口H脚及数字滤波器滤波电容C6另一端并接；电阻R8另一端与电阻R9一端、温度补偿电压出端口L脚、及隔直流电容C1一端和变容管(14)负极并接；电阻R9另一端与压控电压出端口J脚连接，稳压器(13)入端2脚与电源电压入端口I脚连接再串接滤波电容C5后接地端、入端3脚接地端；串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)入端12脚与稳压器(13)入端1脚并接、入端7脚接地端、出入端8至11脚分别与片选端口S脚、串口通信数据端口T、U脚、时钟入端口V脚连接，分频器(12)入端3脚与晶体振荡器(10)出端5脚、缓冲器(11)入端1脚、电阻R10一端及谐振电容端口R脚并接、谐振电容端口R脚与隔直流电容C1另一端、谐振电容C2一端并接、谐振电容C2另一端接地端；晶体振荡器(10)入端1脚与电阻R10另一端、晶体连接端口Q脚、晶体谐振器(15)一端及谐振电容C3一端并接、谐振电容C3另一端接地端；晶体振荡器(10)和缓冲器(11)各入端2脚与稳压器(13)出端1脚并接、各入端3接地端；缓冲器(11)出端5脚与频率输出端口K脚连接，变容管(14)正极和晶体谐振器(15)另一端与晶体连接端口P脚并接后再串接电阻R11接地端，各地端与地端口W脚并接。
2.根据权利要求1所述的全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，其特征在于温度传感器(1)、运算放大器(2)、模/数转换器(3)、串并转换及状态功能控制器(4)、(6)、存储器(5)、数/模转换器(7)、串行异步通信接口及片选时钟控制器(8)、数字滤波器(9)、晶体振荡器(10)、缓冲器(11)、分频器(12)、稳压器(13)各电路元器件用CMOS工艺集成在一片尺寸长×宽为2350μm×2060μm硅片上，用超声压焊在印刷电路板上并用胶固定或封装在用陶瓷、塑料材料制作的外壳内。
3.根据权利要求1或2所述的全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，其特征在于单片集成块硅片表面制作两排焊盘结构，第一排为第1至10脚、第二排为第11至第20脚，其中第1脚至第20脚依次为读写存储器高电压入端口E、D脚、状态控制端口C、B脚、时钟入端口V脚、片选端口S脚、串行通信数据端口U、T脚、电源滤波电容端口F脚、运放测量端口A脚、压控电压入端口J脚、数字滤波电容端口G、H脚、电源电压入端口I脚、地端口W脚、晶体连接端口Q脚、变容管正极接地电阻端口P脚、温度补偿电压出端口L脚、谐振器隔直电容端口R脚、频率输出端口K脚。
专利摘要本实用新型公开了一种全数字温度补偿晶体振荡器单片集成块，它涉及通信领域中数字温补晶振集成器件。它由温度传感器、A/D、D/A转换器、存储器、串并转换及控制器、晶体振荡器、缓冲器、数字滤波器、运放、分频器、稳压器、变容管、晶体谐振器等部件组成。除变容管、晶体谐振器外，它采用半导体集成电路工艺技术把所有电路集成为单片集成电路块结构。它采用数字电路把温度变化转换成电压变化，再经温度补偿由电压变化自动稳定振荡频率，达到温度补偿晶体振荡频率的目的。它还具有温—频特性好、体积小、功耗低、产品一致性好等优点，特点适合做移动手机电话中的数字温补晶体振荡器集成块器件。
文档编号H03B5/32GK2650392SQ200320111039
公开日2004年10月20日 申请日期2003年10月16日 优先权日2003年10月16日
发明者张连琴, 许彦 申请人:张连琴, 许彦