晶振频率校准方法、装置以及电子设备与流程

本公开涉及电子技术领域，具体地，涉及一种晶振频率校准方法、装置以及电子设备。

背景技术：

晶振，又被称为晶体谐振器，是用来产生频率信号的电子元器件。晶振的频率会随着温度的变化而变化，这种现象被称为温度漂移，简称温漂；同时，晶振的频率也会随着时间的推移而变化，这种现象被称为老化。

晶振在参考温度t0下的参考频率为f0。温漂和老化引起的相对频率变化通常用绝对频率偏移值δf与参考频率f0的比值来表示，即其单位为ppm(百万分之一)。例如，一个参考频率为f0＝26mhz的晶振，其绝对频率偏移值为δf＝26hz，那么其相对频率变化为本文在不做特别说明的情况下，频率偏移值默认为相对频率偏移值。

晶振被广泛地应用于各种无线通信终端，如手机和物联网终端等。如果因温漂和老化引起了晶振较大的频率偏移，例如该值可能在0ppm～20ppm之间，甚至更高，那么当无线通信终端开机进入频率捕获阶段时，会导致无线通信终端处于频率捕获阶段的时长变长，进而增加了无线通信终端的功耗和产品复杂度。

技术实现要素：

无线通信终端通常会处于以下几个阶段中：

(1)关闭状态：在该阶段中，无线通信终端尚未开机，晶振不工作。

(2)频率捕获阶段：在该阶段中，无线通信终端开机启动，并且会捕获参考信号源(例如，通过捕获基站下行信号来捕获参考信号源)的频率以校准晶振的频率。但是，如果开机启动之前，晶振的频率偏移较大，那么会导致频率捕获阶段的时间很长。

(3)频率跟踪阶段：在该阶段中，无线通信终端已经正常工作，并且会跟踪参考信号源的频率，以确保晶振在非常小的频偏范围内工作。

因此，如果能够利用过去的频率跟踪阶段中检测到的晶振的频率偏移来对无线通信终端开机之前的晶振频率进行校准，那将会是非常有利的。

因此，本公开的目的是提供一种晶振频率校准方法、装置以及电子设备，能够自适应地对晶振的频率进行校准，进而能够使使用晶振的电子设备处于频率捕获阶段的时间缩短，有利于减小电子设备的功耗并降低产品复杂度。

根据本公开的第一实施例，提供一种晶振频率校准方法，该方法包括：在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；基于采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数；利用所得到的函数来校准所述晶振的频率。

可选地，所述在频率跟踪阶段时，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间，包括：在频率跟踪阶段期间，定期采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；和/或在每次完成频率捕获阶段并刚进入所述频率跟踪阶段时，采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

可选地，该方法还包括：以三元组{ek,xk,yk}的形式存储采集到的频率偏移值、温度和时间，并且按照如下公式进行存储：

其中，k表示所述三元组的最大存储数量，ek、xk、yk分别表示第k个频率偏移值、温度和时间，分别表示最新采集时刻的频率偏移值、温度和时间。

可选地，所述基于采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数，包括：从所存储的k个三元组中选取n个三元组；利用二元预测法对所选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

可选地，按照如下方式从所存储的k个三元组中选取n个三元组：

(1)n≤k

(2)n要大于等于所述二元函数中待估参数的个数

(3)所述n个三元组为最新的n个三元组，或者所述n个三元组中每个三元组的温度值与当前温度最接近。

可选地，所述二元函数为如下形式：

f(x,y)＝d(x)+a(y)

其中，d(x)表示由温漂引起的频率偏移函数，x表示温度变量；a(y)表示由老化引起的频率偏移函数，y表示时间变量。

可选地，所述利用二元预测法对所选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数，包括：根据最小二乘准则，利用二元预测法对所选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

根据本公开的第二实施例，提供一种晶振频率校准装置，该装置包括：采集模块，用于在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；拟合模块，用于基于所述采集模块采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数；校准模块，用于利用所得到的函数来校准所述晶振的频率。

可选地，所述采集模块还用于：在频率跟踪阶段期间，定期采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；和/或在每次完成频率捕获阶段并刚进入所述频率跟踪阶段时，采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

可选地，该装置还包括存储模块，用于以三元组{ek,xk,yk}的形式存储所述采集模块采集到的频率偏移值、温度和时间，并且按照如下公式进行存储：

其中，k表示所述三元组的最大存储数量，ek、xk、yk分别表示第k个频率偏移值、温度和时间，分别表示最新采集时刻的频率偏移值、温度和时间。

可选地，所述拟合模块包括：三元组选取子模块，用于从所述存储模块存储的k个三元组中选取n个三元组；拟合子模块，用于利用二元预测法对所述三元组选取子模块选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

可选地，所述三元组选取子模块按照如下方式从所述存储模块存储的k个三元组中选取n个三元组：

(1)n≤k

(2)n要大于等于所述二元函数中待估参数的个数

(3)所述n个三元组为最新的n个三元组，或者所述n个三元组中每个三元组的温度值与当前温度最接近。

可选地，所述二元函数为如下形式：

f(x,y)＝d(x)+a(y)

其中，d(x)表示由温漂引起的频率偏移函数，x表示温度变量；a(y)表示由老化引起的频率偏移函数，y表示时间变量。

可选地，所述拟合子模块还用于根据最小二乘准则，利用二元预测法对所述三元组选取子模块选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

根据本公开的第三实施例，提供一种电子设备，该电子设备包括根据本公开第二实施例所述的晶振频率校准装置。

通过采用上述技术方案，由于能够基于在频率跟踪阶段期间采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数，然后利用得到的函数来校准晶振的频率，所以能够自适应地准确校准晶振的频率，尤其是能够在电子设备开机之前自适应地对晶振的频率进行准确校准，明显缩小晶振频率偏移值的可能范围，进而能够使电子设备处于频率捕获阶段的时长缩短，有利于减小电子设备的功耗并降低产品复杂度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1示出了根据本公开一种实施例的晶振频率校准方法的流程图。

图2示出了根据本公开又一实施例的晶振频率校准方法的流程图。

图3示出了根据本公开一种实施例的晶振频率校准装置的示意框图。

图4示出了根据本公开又一实施例的晶振频率校准装置的示意框图。

图5示出了根据本公开实施例的晶振频率校准装置中的拟合模块的示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1示出了根据本公开一种实施例的晶振频率校准方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤s11至s13。

在步骤s11中，在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

也即，在该步骤中，可以在使用晶振的电子设备处于频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

其中，使用晶振的电子设备可以是各种无线通信终端或有线通信终端，例如手机、物联网终端等等。

当使用晶振的电子设备处于频率跟踪阶段期间时，该电子设备会实时跟踪参考信号源，例如利用基站下行信号来实时跟踪参考信号源，以便利用跟踪到的参考信号源的频率来实时校准晶振的频率。所以，在这种情况下，根据本公开实施例的晶振频率校准方法就可以执行对晶振的频率偏移值的采集，例如，可以获取参考信号源的频率以及晶振的频率，然后利用这两个频率得到晶振的频率偏移值；根据本公开实施例的晶振频率校准方法还可以同时采集该频率偏移值所对应的当前温度和时间。

另外，本公开中使用的术语“时间”的具体含义可以自己定义。例如，可以将晶振出厂时的时间设置为零，然后将本次采集时刻与出厂时刻之间的时间间隔定义为本次采集时刻时采集到的时间。再例如，还可以将第一次采集时的时间定义为零，然后将之后每次采集时刻与第一次采集时刻之间的时间间隔定义为该次采集时采集到的时间。

在步骤s12中，基于采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数。

在步骤s13中，利用所得到的函数来校准所述晶振的频率。

通过采用上述技术方案，由于能够基于在频率跟踪阶段期间采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数，然后利用得到的函数来校准晶振的频率，所以能够自适应地准确校准晶振的频率，尤其是能够在电子设备开机之前自适应地对晶振的频率进行准确校准，明显缩小晶振频率偏移值的可能范围，进而能够使电子设备处于频率捕获阶段的时长缩短，有利于减小电子设备的功耗并降低产品复杂度。

在一种可能的实施方式中，步骤s11中所述的在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间，可以有多种实现方式，例如其可以采用如下的一种实现方式来实现，也可以采用如下实现方式中的若干种实现方式的组合来实现：

(1)在频率跟踪阶段期间，定期采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。例如，可以每天、每周、每两周、每月进行采集。这尤其适用于日常经常使用的电子设备，例如手机等。

(2)在每次完成频率捕获阶段并刚进入所述频率跟踪阶段时，采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。这尤其适用于通信频率较低的设备，如自动抄表的物联网设备，该设备大约每月通信一次。

在一种可能的实施方式中，根据本公开实施例的晶振频率校准方法还可以包括如下步骤：以三元组{ek,xk,yk}的形式存储采集到的频率偏移值、温度和时间，并且按照如下公式进行存储：

其中，k表示所述三元组的最大存储数量，也即，例如，可以在电子设备的存储器内最多存储k个三元组数据。由于随着时间的推移，采集到的三元组的数量也会不断增大，此时就可以删除最早存储的三元组数据，以便能够把新采集到的三元组数据存储在存储器内。这样，既不需要太多的存储空间来存储采集到的三元组数据，又能够在后续的拟合过程中使用新鲜的三元组数据进行拟合，确保三元组数据的可参考价值更高。而且，所存储的k个三元组数据不会随着电子设备的断电而丢失。三元组{ek,xk,yk}中的三个元素ek、xk、yk分别表示第k个频率偏移值、温度和时间，分别表示最新采集时刻的频率偏移值、温度和时间。

图2示出了根据本公开又一实施例的晶振频率校准方法的流程图，如图2所示，该方法可以包括如下步骤：

在步骤s21中，在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

以将第一次采集时的时间定义为零为例进行说明。假设第一次采集时刻是2018年1月1日，且每月采集一次，则第一次采集时刻采集到的时间为0，采集到的温度就是采集时刻时的当前温度；然后第二次采集时刻就是2018年2月1日，此次采集到的时间就是31天，采集到的温度就是采集时刻时的当前温度，以此类推。

在步骤s22中，以三元组{ek,xk,yk}的形式存储采集到的频率偏移值、温度和时间。其中，优选最多存储k个三元组数据。其存储形式已经在上面进行了详细描述。

在步骤s23中，从所存储的k个三元组中选取n个三元组。

其中，优选按照如下方式从所存储的k个三元组中选取n个三元组：

(1)n≤k

(2)n要大于等于所述二元函数中待估参数的个数

(3)所述n个三元组为最新的n个三元组，或者所述n个三元组中每个三元组的温度值与当前温度最接近。

例如，假设最大能存储10个三元组且二元函数中待估参数的个数是4个。则，选取的三元组的个数应该至少是4个且应该小于等于10，例如可以选取4个、5个、10个等等；而且，选取的三元组可以为最新的三元组，或者选取的三元组中每个三元组的温度值与当前温度最接近。例如假设有10个三元组数据，其采集时间分别是2018年1月1日、1月8日、1月15日、1月22日、1月29日、2月5日、2月12日、2月19日、2月26日、3月5日，需要选取4个三元组数据，则可以选取2018年2月12日、2月19日、2月26日、3月5日采集到的三元组数据，或者从2018年1月1日至3月5日期间采集到的三元组中选取其温度与需要对晶振频率进行校准时的温度(例如26度)最接近的三元组。

在步骤s24中，利用二元预测法对所选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

首先，在拟合之前需要预定义二元函数模型。由于频率偏移值e由两部分构成，即温漂引起的频率偏移值和老化引起的频率偏移值也就是说，因此，可以预定义二元函数模型为如下形式：

f(x,y)＝d(x)+a(y)(3)

其中，d(x)表示由温漂引起的频率偏移函数，x表示温度变量；a(y)表示由老化引起的频率偏移函数，y表示时间变量。

其次，在拟合时，可以根据例如最小二乘准测来拟合预定义的二元函数模型中的各个参数。以下举例说明。

假设由温漂引起的频率偏移函数为：

d(x)＝d2(x-t0)²+d1(x-t0)(4)

假设由老化引起的频率偏移函数为：

a(x)＝a1log(y)+a0(5)

则，将公式(4)和(5)代入公式(3)，得到：

f(x,y)＝d2(x-t0)²+d1(x-t0)+a1log(y)+a0(6)

其中，t0表示参考温度(是已知的)；d2、d1、a1、a0为二元函数模型中需要进行拟合的参数；log(·)表示以10为底的对数函数。

将所选取的n个三元组数据代入公式(6)中，写成如下矩阵形式：

令：

则公式(7)可以改成：

e＝sc(11)

根据最小二乘准则，计算二元函数模型中需要进行拟合的参数d2、d1、a1、a0，有：

其中，(·)^t表示矩阵的转置。

在步骤s25中，利用所得到的二元函数来校准所述晶振的频率。

在二元函数模型中需要进行拟合的参数被计算出来之后，就可以利用该二元函数模型来校准晶振的频率了，例如，将当前时刻的温度值以及时间值代入二元函数模型中，即可计算出当前的晶振频率偏移值然后在电子设备开机之前的时段中，就可以利用计算出的频率偏移值对晶振的频率进行校准，以明显缩小晶振频率偏移值的可能范围，进而能够使电子设备处于频率捕获阶段的时长缩短，有利于减小电子设备的功耗并降低产品复杂度。

图3示出了根据本公开一种实施例的晶振频率校准装置的示意框图，如图3所示，该装置可以包括：

采集模块31，用于在频率跟踪阶段期间，采集晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；

拟合模块32，用于基于所述采集模块31采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数；

校准模块33，用于利用所得到的函数来校准所述晶振的频率。

通过采用上述技术方案，由于拟合模块32能够基于在频率跟踪阶段期间采集到的频率偏移值、温度和时间进行拟合，得到晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的函数，然后校准模块33能够利用得到的函数来校准晶振的频率，所以能够自适应地准确校准晶振的频率，尤其是能够在电子设备开机之前自适应地对晶振的频率进行准确校准，明显缩小晶振频率偏移值的可能范围，进而能够使电子设备处于频率捕获阶段的时长缩短，有利于减小电子设备的功耗并降低产品复杂度。

可选地，所述采集模块31还可以用于：在频率跟踪阶段期间，定期采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间；和/或在每次完成频率捕获阶段并刚进入所述频率跟踪阶段时，采集所述晶振的频率偏移值以及该频率偏移值所对应的温度和时间。

图4示出了根据本公开又一实施例的晶振频率校准装置的示意框图，如图4所示，该装置还可以包括存储模块34，用于以三元组{ek,xk,yk}的形式存储所述采集模块31采集到的频率偏移值、温度和时间，并且按照如下公式进行存储：

其中，k表示所述三元组的最大存储数量，ek、xk、yx分别表示第k个频率偏移值、温度和时间，分别表示最新采集时刻的频率偏移值、温度和时间。

图5示出了根据本公开实施例的晶振频率校准装置中的拟合模块的示意框图，如图5所示，拟合模块32可以包括：

三元组选取子模块32a，用于从所述存储模块34存储的k个三元组中选取n个三元组；

拟合子模块32b，用于利用二元预测法对所述三元组选取子模块32a选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

可选地，所述三元组选取子模块32a按照如下方式从所述存储模块34存储的k个三元组中选取n个三元组：

(1)n≤k

(2)n要大于等于所述二元函数中待估参数的个数

(3)所述n个三元组为最新的n个三元组，或者所述n个三元组中每个三元组的温度值与当前温度最接近。

可选地，所述二元函数为如下形式：

f(x,y)＝d(x)+a(y)(15)

其中，d(x)表示由温漂引起的频率偏移函数，x表示温度变量；a(y)表示由老化引起的频率偏移函数，y表示时间变量。

可选地，所述拟合子模块32b还用于根据最小二乘准则，利用二元预测法对所述三元组选取子模块选取的n个三元组进行拟合，得到所述晶振的频率偏移值随着温度和时间变化的二元函数。

根据本公开实施例的晶振频率校准装置中各个模块所执行的操作的具体实现方式已经在根据本公开实施例的晶振频率校准方法中进行了详细描述，此处不再赘述。

根据本公开的又一实施例，还提供一种电子设备，该电子设备可以包括上面描述的根据本公开实施例的晶振频率校准装置。该电子设备可以是有线通信终端或者无线通信终端。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。