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电子技术发展至今,出现众多获取频率源的方法,其中晶体振荡器(又称:石英晶体谐振器)由于具有良好的频率稳定性而一直作为主要的精确频率源来使用。同时,随着便携式电子产品(如:通讯设备等)的飞速发展,对频率源的精确性提出越来越高的要求,但是由于晶体本身所固有的温度特性,其振荡频率随温度变化呈近似的三次曲线关系离散,影响其应用的温度范围,成为制约其应用的一种因素。因此为在较宽温度范围内获得更高稳定性的精确频率源,通常采用两种方法获得精确频率源:温度控制和温度补偿。
温度控制通过将振荡器中敏感元件置于恒温槽中,对于晶体振荡器来说就是将晶体置于设定了一定温度的烘箱中,从而避免温度对振荡器产生影响。通过该方法可获得极为精确的频率稳定度。但是体积大,功耗高,不利于便携式产品的应用。
另一种方法是通过温度探测器件得到温度信号,利用电路产生和温度频率离散相反的近似三次函数电压,将该电压施加于压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillators,VCXO)中,构成温度补偿晶体振荡器(Temperature Compensation Crystal Oscillator,TCXO),从而抵消频率随温度的离散。该方法成本低,功耗、体积小,可方便的应用于各类电子产品中。
本文介绍了一种模拟温度补偿晶体振荡器芯片的设计,该芯片利用集成电路制造工艺,将模拟补偿电路及压控晶体振荡器集成于一颗芯片中,使晶体在使用时只需和一颗芯片搭配使用(可封装于同一个管壳内),即可在较宽温度范围内提供高精度的频率源。并通过芯片内嵌的EEPROM及ROM对补偿特性的修调,可进一步提高其补偿精度。由于芯片具有集成度高、面积小、补偿温度范围宽、功耗低等特点,可作为数字网络、通讯和各种便携式电子产品等的精确频率源使用。
论文从以下角度对芯片实现作出介绍:
首先,分析晶体负载电容对其振荡频率的影响,阐述芯片实现温度补偿的原理及算法。
其次,通过芯片结构框图对芯片功能的实现作出说明,并详细介绍芯片产生补偿电压的各模块电路构成,对关键或典型电路进行分析。在对补偿电路介绍完成后,以作为补偿电压三次函数中的一次项为例,说明在设计中补偿系数的确定。
随后,对于芯片所具有的修调功能,介绍其实现电路,并以参考电压的修调为例说明修调电路的实现及构成。
最后,在论文的末尾给出该芯片设计完成后版图的划分。