[发明专利]基准振荡器的温度补偿方法无效
申请号: | 99117505.0 | 申请日: | 1999-08-06 |
公开(公告)号: | CN1283893A | 公开(公告)日: | 2001-02-14 |
发明(设计)人: | 克莱德·O·托德;塔尼·V·迪;弗兰克·A·波贾里;小杰里·T·波顿 | 申请(专利权)人: | 摩托罗拉公司 |
主分类号: | H03B5/04 | 分类号: | H03B5/04 |
代理公司: | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 | 代理人: | 付建军 |
地址: | 美国伊*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基准 振荡器 温度 补偿 方法 | ||
本发明一般涉及温度补偿,详细涉及晶体振荡电路中的温度补偿方法。
众所周知在无线电频率(RF)振荡器电路中使用压电晶体是为了提供精确的稳定的RF能量源。这种类型的电路用在很多电子电路中,通常在所有类型的电视,收音机,蜂窝电话,手表和其它电子设备中都有该电路。
采用压电晶体的一个问题是当晶体温度高于或低于其静态温度时保持振荡器频率稳定。晶体振荡器通常用于提供高度的稳定性。当这种稳定性由于晶体温度的变化或晶体特征曲线或几何形态发生一系列变化而有所下降时,将很大地抵消使用晶体振荡器的很多好处。
关于在RF振荡器电路中使用的振荡器,采用了传统的温度补偿方法以确保振荡器和无线电路满足一个温度对频率性能规范。正如本技术领域大家所熟知的那样。传统的方法是电气地调节压电晶体的共振频率以匹配由于温度变化引起的晶体的机械的或几何特征曲线的变化。通常是通过产生一个可用于控制由于量化的温度变化而引起的频率变化的程度或数量的变化晶体频率特征曲线的反曲线来实现的。以前的温度补偿的方法采用了通过两次乘以线性变化的电压来产生三次定律温度电压(cubic law temperature voltage)的电路,但这种系统非常复杂而且不能充分地或者说简单地被调节以适合补偿每个特定的晶体振荡器所要求的电压对温度的曲线。
例如,一个“AT”切割晶体,一般是温度降低时频率增大,温度升高时频率减小。由于这种晶体的这种特性,晶体制造商可以在合理范围内提供晶体共振是如何随温度的变化而变化的信息。这样,就可以由温度对频率的数据产生反曲线用在补偿方法的应用中。
如图1所示,该信息用于补偿系统10中将串行的或并行的电抗13加给晶体15。在这个应用中,电压可变电容器13由控制电压11来控制。通过改变晶体的振动电压,这就产生在反共振模式下操作晶体15的效果,从而移动或弯曲晶体频率,使之在给定温度下也不再以静态频率共振。这种方法的困难在于晶体制造商必须给用户指明晶体频率对温度的特征曲线。通常是通过使用一些类型的条形码(bar code)来传达给用户,该条形码中编码了一系列用来定义给定温度下晶体特征曲线的多项式方程。
在大多数振荡器中,AT切割晶体通常有一个三次的频率对温度的特征曲线,在大约28摄氏度时有一个拐点。对单个AT切割晶体的确切的频率对温度的特征曲线而言,由于晶体的制造方法不同而有很大的变化。这样,为了精确地补偿使用AT切割晶体的振荡器,用于电抗的电压应有一个与使用的特定晶体非常相似的温度变化。
一旦知道了晶体的特征曲线,有一些方法可以将晶体弯曲(Warp)为所需频率。这些技术的范围从简单的在振荡器电路中加入串行或并行的电容器以近似正确的频率变化的猜测型方法到复杂的反向Beckman补偿技术。这种技术采用一种复杂的算法产生一个三次的晶体特征曲线的估计。之后采用查找数据表或类似方法生成一个晶体特征曲线的镜像用于抵消晶体温度变化引起的频率变化。
正如在美国专利3,970,966和4,254,382(该专利被引用至此作为参考)中描述的那样,另外一种部分补偿AT切割晶体振荡器的常用方法是采用热和冷温度范围网络,当高于或低于这两个预先确定的温度时使控制电压产生非线性温度变化,而在中等温度范围内使用一个恒定控制电压。而且,在晶体振荡器电路中还使用热敏电容器以使在中等温度范围内存在的晶体基本线性频率对温度变化的影响最小化。这种电路仅仅部分地补偿共振晶体。它们也不适于晶体工作在振荡器的“谐波”模式下的应用,因为在谐波模式下热敏电容器通常不能充分补偿中等温度范围内的线性变化。
一个类似的方法,公开在美国专利3,970,966中。它不使用热敏电容器并产生一些更精确的结果,这种方法使用一个电路在中等温度范围内产生一个基本线性的电压温度变化并包括一个拐点,而在热和冷温度范围内产生一个基本非线性的电压对温度的变化。每个温度范围电路包括一个热敏电阻和一个用于控制工作范围和每个电路的温度变化大小的晶体管。虽然这种方法适合于很多应用,但它不适于用在那些在很大的温度变化范围内要求更精确的温度稳定性的更高要求的应用中。
因此,现有方法需要三个电流发生器使用下面的步骤提供充分的温度补偿:
1)顺时针方向(CW)旋转热频率/温度响应使热响应成为线性频率/温度响应的扩展。
2)顺时针方向(CW)旋转冷频率/温度响应,使冷响应成为线性冷频率/温度响应的扩展。
3)反时针方向旋转作为温度的函数的组合曲线(线性的,热的和冷的)以获得零斜率。
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