[发明专利]一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路

说明书

技术领域

本发明涉及晶体温度特性补偿电路技术领域，特别是用于拟合高阶n次幂函数的近似n次幂函数的发生电路。

背景技术

对于通常用于晶体振荡器的ＡＴ切的晶体谐振器而言，温度变化与固有的振荡频率的关系可以表示为近似三次函数——“贝克曼曲线”。高次函数的扩展可以使此频率-温度曲线的拟合更准确。它的五次函数扩展可以表示为如下的形式。

其中，f是输出频率，A₅是五次项系数，A₄是四次项系数，A₃是三次项系数，A₁是一次项的斜率，而A₀则是频率偏移。T₀是曲线的中心温度，也即函数拐点的位置，通常情况下认为处于25到30℃的范围，然而实际情况中，由于AT切的晶体频率-温度特性与切角相关，根据晶体厂提供的数据，该拐点的范围会扩展到20到34℃的范围。

由于石英晶体具有的压电特性，所以可以通过电压控制的方式来对晶振的温度曲线进行补偿，也就是频率-温度曲线可以被转换为所述高次幂函数所产生的一个随温度变化的电压特性与频率的关系。

其中，VC是总的控制电压，VC₀是名义输入电压，ΔVC是由所述高次幂函数发生装置产生的用于晶体温度补偿的控制电压。B₅是五次项系数，B₄是四次项系数，B₃是三次项系数，B₁是一次项的斜率，而B₀则是常数项。该控制电压VC需要考虑不同的T₀所带来的结果，所以需要有一个较宽的范围。考虑到集成电路实现中的匹配性问题，实际电路的温度覆盖范围将比20到34℃的范围更宽。

现有技术中，由于T₀的显著偏差使得上述电路必须具有用于产生与之相应的控制电压所需的更宽的调整范围，而且该电路必须考虑超出调整范围之外的温度情况；同时T₀的显著偏差使得温度范围内的高次幂函数曲线呈现明显的不对称性。以一个实际例子为例，现要求校准在-40C到85C之间的曲线，考虑到覆盖中心温度T₀的偏移从20到34℃范围的要求，由于集成电路中存在的明显的失配与参数误差等现象，会使设计电路的实际覆盖的中心温度T₀的范围达到15到40℃，这意味着电路设计必须保证低温补偿能够满足补偿温度范围T_MIN-T_0MAX=-80C的需要，而高温部分在这种情况下，必须保证低温补偿能够满足补偿温度范围T_MAX-T_0MIN=70C的需要，相较于电路设计仅考虑覆盖中心温度T₀的偏移在25到30℃的情况的要求，就五次幂函数而言，在范围低温部分极大值与高温部分极大值的差值可能增大一倍以上，这意味着就整个曲线来说，补偿曲线的高温部分与低温部分曲线的不对称性加强了。这对于线性拟合的方式实现的补偿曲线来说，这使得所述电路必须对不对称性的补偿进行考虑。现有的设计中多采用三阶结构进行补偿，因为采用更高阶的补偿会使得电路的规模进一步增大，并引入更多的噪声。

发明内容

针对上述现有的n次函数产生电路受噪声限制不利于扩展到更高阶函数来获得更高次精确度以及针对现有的函数产生电路不适合宽中心温度偏移的情况，本发明的目的是提供一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路。它是一种适于集成、低噪声、面向宽中心温度偏移范围的高次幂函数产生电路，非常适于对高精度要求的晶体振荡器进行温度补偿。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种用于晶振温度补偿的模拟高阶幂函数发生电路，其结构特点是，它包括依次连接的温度传感器、幂函数电流产生电路、跨阻放大器与电压加法器。温度传感器通过将外部温度转换成对应的线性的电压函数送入幂函数电流产生电路的输入端，幂函数电流产生电路将信息转换为对应的高阶函数曲线并通过跨阻放大器转换为电压，再通过电压加法器与一阶函数、零阶校准函数相加成所需电压。所述幂函数电流产生电路包括i+j个带有射极负反馈的双极型类限幅差分对，其中i是大于等于4的整数，j为大于等于1的整数。

所述j个差分对作为针对宽中心温度偏移范围时的额外的补偿电路用于对低温范围进行更精确的补偿，j个差分对中的输入差分对管与尾电流源均由双极型晶体管构成。