[实用新型]基于高频晶体实现时钟晶体振荡器闭环温度补偿的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及温度补偿技术领域，特别涉及一种基于高频晶体实现时钟晶体振荡器闭环温度补偿的装置。

背景技术

目前，除了要求特别高的标准源以外，工业及日常生活中使用的高精度时钟频率主要来自石英晶体振荡器。目前，国内外时钟使用的石英晶体振荡器的频率为32768Hz。

参见图1，该图为32768Hz石英晶体振荡器的频率温度特性曲线图。32768Hz石英晶体振荡器在-30至+60℃范围内的频率偏差比ΔF/F约为(+40)ppm至(-150)ppm(ppm表示百万分之一)，这样每天产生的时钟误差可达15秒以上。

因此，如果要达到更高的时钟精度，需要对石英晶体振荡器的频率偏差进行温度补偿，目前的温度补偿包括硬补和软补两种。

硬补主要是从硬件上进行温度补偿，硬补的成本较高，并且整体的体积较大，不适合用于时钟体积小和成本低的场合。

软补的方法主要是在有MCU芯片同时出现于同一产品的场合，利用石英晶体振荡器的频率温度特性曲线一致性较好的32768Hz石英晶体作为MCU芯片内挂的独立实时时钟(RTC，Real-Time Clock)电路的外晶体，利用MCU内/外部温度测量传感器检测温度值，通过查找频率温度特性曲线表得出该温度值对应的频率温度偏差值，MCU通过修改秒脉冲分频值(32768±N，N为实时修正值)来实现补偿修正。

目前这种软补方法成本较低，但由于其是开环补偿，频率温度特性曲线一致性、温度传感器的一致性、A/D采集的参考电压的一致性、MCU内部A/D采集电路制造的一致性等任何一项出现问题，均无法保证最终的补偿结果。如果有任何一项或多项出现问题，则将导致补偿结果不准确。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于高频晶体实现时钟晶体振荡器闭环温度补偿的装置，成本低，体积小，补偿结果准确。

本实用新型提供一种基于高频晶体实现时钟晶体振荡器闭环温度补偿的装置，包括：定制高频晶体、高频计数器、标定脉冲数译码器、脉冲值减法器、秒脉冲修正系数产生器、实时时钟RTC电路、温度传感器、AD转换器、32768Hz石英晶体；

温度传感器测量环境温度，将测量的温度发送给AD转换器，AD转换器将温度传感器测量的环境温度转换为数字信号发送给标定脉冲数译码器；

所述定制高频晶体的频率温度特性曲线为分段折线，在每段折线内为直线；每段折线内单位时间内的温度T与高频脉冲个数Pt的表达式为：Pt＝(a*T+b)；其中，a、b为常数；

实时时钟RTC电路产生由32768Hz石英晶体振荡产生的秒脉冲；

在温度T时，高频计数器读取实时时钟RTC电路产生的预定时间闸门内的所述定制高频晶体产生的高频脉冲个数Pt1；

在温度T时，标定脉冲数译码器由Pt＝(a*T+b)计算所述定制高频晶体在所述预定时间闸门内的理论高频脉冲个数Pt2；所述标定脉冲数译码器预先存储每段折线内对应的a、b；每段折线对应一组a、b值；

脉冲值减法器比较Pt1和Pt2；

当Pt1大于Pt2，秒脉冲修正系数产生器调节RTC电路产生的秒脉冲的宽度变窄；反之调节RTC电路产生的秒脉冲的宽度变宽；直到读取的高频脉冲个数Pt1与理论高频脉冲个数Pt2相等。

优选地，该装置还包括64倍频电路；

所述64倍频电路将32768Hz石英晶体产生的时钟频率进行64倍频，将倍频后的信号发送给RTC电路，RTC电路根据秒脉冲修正系数产生器发送的修正系数N和P来调整输出的秒脉冲的宽度；RTC电路产生秒脉冲具体为：将32768Hz石英晶体产生的时钟信号进行32768±N分频并延迟或提前P个所述倍频后的信号。

优选地，该装置还包括温度变化台阶译码器；

所述温度变化台阶译码器，按照预定时间段定时接收AD转换器发送来的温度的数字信号；判断温度的变化是否超过预定范围，当超过预定范围时，开启高频计数器、脉冲值减法器、标定脉冲数译码器和秒脉冲修正系数产生器；当未超过预定范围时，关闭高频计数器、脉冲值减法器、标定脉冲数译码器和秒脉冲修正系数产生器。

优选地，所述温度变化台阶译码器通过温度台阶表查找对应的预定范围，所述温度台阶表预先存储在所述温度变化台阶译码器中；