專利名稱：可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器和其校準(zhǔn)方法及其專用集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體振蕩器，特別地，涉及一種可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其可縮短成品的檢測時間而降低整體測試成本。
背景技術(shù)：
晶體振蕩器一般應(yīng)用于需要穩(wěn)定輸出頻率的電子產(chǎn)品中，例如移動電話等移動式通信電子產(chǎn)品。此類晶體振蕩器大多采用頻率在10MHz左右的AT截斷(AT-cut)石英片作為振動源來構(gòu)成振蕩電路。由于該AT截斷石英片的輸出頻率會隨其周圍的溫度而改變，因此實際上必須設(shè)計一種溫度補償電路以消除該AT截斷石英片的輸出頻率的變化。
圖1例示一AT截斷石英片的輸出頻率對周圍溫度的關(guān)系圖。如圖1所示，該AT截斷石英片的輸出頻率與周圍溫度大致呈三次曲線關(guān)系，例如f＝αT3+βT2+γT+δ。該三次曲線可分成低溫、中溫及高溫三個溫度區(qū)間。在低溫度區(qū)間(-35℃至約+10℃)中，該曲線包含正斜率的線性區(qū)域及改變斜率極性的非線性區(qū)域。在中溫度區(qū)間(+10℃至+50℃)，該曲線具有負(fù)斜率的線性區(qū)域。在高溫度區(qū)間(+50℃至+90℃)，該曲線包含正斜率的線性區(qū)域及改變斜率極性的非線性區(qū)域。
圖2是一現(xiàn)有的晶體振蕩器10的電路圖。如圖2所示，晶體振蕩器10包含一溫度檢測電路12、一振蕩電路20以及一溫度補償電路40。振蕩電路20包含一AT截斷石英片22、一并聯(lián)于AT截斷石英片22的反饋電阻24以及一并聯(lián)于AT截斷石英片22的反相器26。晶體振蕩器10的輸出端28從反相器26的輸出側(cè)伸出。振蕩電路20還包含分別電氣連接于AT截斷石英片22兩端的二個直流截斷電容32、34以及二個可變電容36、38。溫度檢測電路12可利用一熱敏電阻檢測AT截斷石英片22周圍的溫度，而溫度補償電路40則根據(jù)來自溫度檢測電路12的溫度檢測信號將振蕩電路20的輸出頻率維持為一預(yù)定值。
溫度補償電路40包含一存儲電路42及一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路44。存儲電路42一般是由非易失性存儲器構(gòu)成，用于存儲進行溫度補償所需的補償數(shù)據(jù)(即用于描述三次曲線的參數(shù))。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路44根據(jù)該補償數(shù)據(jù)及來自溫度檢測電路12的溫度檢測信號輸出一控制電壓，該控制電壓分別施加于可變電容36、38的正極以調(diào)整其振蕩電容。這樣，即可控制該振蕩電路20的振蕩頻率，而使得晶體振蕩器10的輸出頻率維持在產(chǎn)品規(guī)格容許的范圍內(nèi)。
由于AT截斷石英片22是以機械方式(激光)切割而成，因此每一片AT截斷石英片22的厚度及切割角度并不完全相同，導(dǎo)致其溫度-頻率特性亦彼此相異。同理，晶體振蕩器10的電子元件之間也存在制程漂移所造成的特性差異。總而言之，晶體振蕩器10彼此間存在著因制造程序所產(chǎn)生的差異，因此每一晶體振蕩器10的溫度-頻率特性也不相同，因此必須測量每一晶體振蕩器10在運作的溫度區(qū)間(高、中、低三個溫度區(qū)間)的溫度-頻率特性，并據(jù)以產(chǎn)生溫度補償數(shù)據(jù)后寫入存儲電路42中。然而，分別測量每一晶體振蕩器10的溫度-頻率特性是一件相當(dāng)耗費時間的工作，導(dǎo)致晶體振蕩器10的整體測試成本急劇增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其可縮短成品的檢測時間以降低整體測試成本。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其包含一相位比較器、一電氣連接于該相位比較器的第一輸入端的時鐘信號墊、一電氣連接于該相位比較器的第二輸入端的振蕩元件、一電氣連接于該相位比較器的輸出端的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及一電氣連接于該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端的存儲器。該振蕩元件是一溫度補償型振蕩元件或一表面聲波振蕩元件，而該存儲器是一非易失性存儲器。
本發(fā)明的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器還可包含一設(shè)置于該相位比較器的第一輸入端與該時鐘信號墊之間的第一開關(guān)、一設(shè)置于該振蕩元件與該時鐘信號墊之間的第二開關(guān)以及一用于控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的邏輯控制元件。當(dāng)該晶體振蕩器在進行自行校準(zhǔn)時，該第二開關(guān)是處于關(guān)閉狀態(tài)且該第一開關(guān)是處于開啟狀態(tài)，因此一參考時鐘可經(jīng)由該時鐘信號墊傳送至該相位比較器的第一輸入端。相應(yīng)地，當(dāng)該晶體振蕩器欲輸出一時鐘信號時，該第一開關(guān)是處于關(guān)閉狀態(tài)且該第二開關(guān)是處于開啟狀態(tài)，因此該振蕩元件的時鐘信號經(jīng)溫度補償后可經(jīng)由該時鐘信號墊而穩(wěn)定地輸出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明的晶體振蕩器在接收到該校準(zhǔn)信號后即可自行進行校準(zhǔn)，因此在并聯(lián)若干個晶體振蕩器后一測試平臺可同時(平行地)進行溫度校準(zhǔn)。這樣，該測試平臺所消耗的校準(zhǔn)時間由該若干個晶體振蕩器均分，因而降低每一個晶體振蕩器的校準(zhǔn)時間以降低其測試成本。


圖1例示一AT截斷石英片的輸出頻率對周圍溫度的關(guān)系圖；
圖2是一現(xiàn)有的晶體振蕩器的電路圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的集成電路的功能方塊圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器的運作流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器的并聯(lián)示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的專用集成電路的功能方塊圖。
圖中元件符號說明50 晶體振蕩器52 振蕩元件60 集成電路62、102 時鐘信號墊64 電源墊66 接地墊68 控制墊70、110 相位比較器、70A、110A 第一輸入端、70B、110B 第二輸入端、70C、110C 輸出端72、112 第一開關(guān)74、114 第二開關(guān)76 邏輯控制元件78 高壓檢測器80、120 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器
80C 輸出端82、134 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器84、136 溫度檢測器90 存儲器100 專用集成電路、122 系統(tǒng)總線、124 內(nèi)置式處理器、126 系統(tǒng)存儲器132 緩存器實施本發(fā)明的最佳方式圖3是根據(jù)本發(fā)明的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器50的示意圖。如圖3所示，可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器50包含一振蕩元件52、一電氣連接于振蕩元件52的集成電路60、一時鐘信號墊62、一電源墊64、一接地墊66以及一控制墊68。振蕩元件52可以是一溫度補償型振蕩元件或一表面聲波振蕩元件。
圖4的根據(jù)本發(fā)明的集成電路60的功能方塊圖。如圖4所示，集成電路60包含一相位比較器70、一電氣連接于相位比較器70的輸出端70C的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器80以及一電氣連接于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的輸出端80C的存儲器90。時鐘信號墊62是電氣連接于相位比較器70的第一輸入端70A，而振蕩元件52是電氣連接于相位比較器70的第二輸入端70B。存儲器90是一非易失性存儲器。
根據(jù)本發(fā)明的集成電路60還可包含一設(shè)置于相位比較器70的第一輸入端70A與時鐘信號墊62之間的第一開關(guān)72、一設(shè)置于振蕩元件52與時鐘信號墊62之間的第二開關(guān)74以及一用以控制第一開關(guān)72及第二開關(guān)74的邏輯控制元件76，其中第二開關(guān)74的數(shù)據(jù)流方向相反于第一開關(guān)72的數(shù)據(jù)流方向。邏輯控制元件76運作所需的工作時鐘可由一內(nèi)建時鐘發(fā)生器(例如電阻電容時鐘發(fā)生器)提供。集成電路60還可包含一電氣連接電源墊64及邏輯控制元件76的高壓檢測器78。
當(dāng)晶體振蕩器50在進行自行校準(zhǔn)時，邏輯控制元件76關(guān)閉第二開關(guān)74并開啟第一開關(guān)72。因此一測試平臺可經(jīng)由時鐘信號墊62及第一開關(guān)72輸入一參考時鐘至相位比較器70的第一輸入端70A。相位比較器70比較參考時鐘與振蕩元件52的時鐘并產(chǎn)生一相位差信號(即頻率誤差信號)，而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器80則將該相位差信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(溫度補償數(shù)據(jù))后由一升壓電路(pumping circuit)儲存于存儲器90。
相應(yīng)地，當(dāng)晶體振蕩器50欲輸出一時鐘信號時，邏輯控制元件76將關(guān)閉第一開關(guān)72并開啟第二開關(guān)74。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器82則根據(jù)儲存于存儲器90的溫度補償數(shù)據(jù)及來自溫度檢測器84的溫度檢測信號而輸出一控制電壓以校準(zhǔn)該振蕩元件52的時鐘，因此振蕩元件52的時鐘經(jīng)溫度補償后可經(jīng)由第二開關(guān)74及時鐘信號墊62穩(wěn)定地輸出。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器50的運作流程圖。如圖5所示，首先檢查該電源電壓是否高于一臨界電壓，其中該臨界電壓可設(shè)成例如120％的電源電壓。若該電源電壓低于該臨界電壓，則晶體振蕩器50是處于正常運作模式并輸出經(jīng)溫度補償?shù)臅r鐘信號。若該電源電壓是高于該臨界電壓，則檢查環(huán)境溫度是否為最后一個校準(zhǔn)溫度(一般而言，晶體振蕩器需分別在低溫、中溫、高溫三個溫度區(qū)間進行校準(zhǔn))。若是最后一個校準(zhǔn)溫度，則終止校準(zhǔn)程序。若不是最后一個校準(zhǔn)溫度，則啟動振蕩元件52并從時鐘信號墊62輸入一參考時鐘。之后，相位比較器70比較該參考時鐘與振蕩元件52的時鐘并產(chǎn)生一相位差信號(即頻率誤差信號)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器80接著將該頻率誤差信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號，并經(jīng)由一升壓電路寫入存儲器90。之后，將振蕩元件52關(guān)閉并進行下一個溫度的校準(zhǔn)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器50的并聯(lián)示意圖。由于本發(fā)明的晶體振蕩器50在接收到一高于電源電壓120％的電壓(即校準(zhǔn)信號)后即可自行進行校準(zhǔn)，因此可并聯(lián)若干個晶體振蕩器50的時鐘信號墊(CLK)62、電源墊(VDD)64、接地墊(GND)66及控制墊(PDN)68后，再通過一測試平臺由時鐘信號墊62輸入該參考時鐘，并經(jīng)由電源墊64輸入該校準(zhǔn)信號以激活邏輯控制元件76。之后，每一個晶體振蕩器50的邏輯控制元件76即可自行控制并進行溫度校準(zhǔn)程序。也就是說，每一個晶體振蕩器50是同時(平行地)進行溫度校準(zhǔn)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的專用集成電路100的功能方塊圖。如圖7所示，專用集成電路100包含一系統(tǒng)總線122、一電氣連接于系統(tǒng)總線122的內(nèi)置式處理器124、一電氣連接于系統(tǒng)總線122的系統(tǒng)存儲器126、一時鐘信號墊102、一電氣連接于時鐘信號墊102的相位比較器110、一電氣連接于相位比較器110的輸出端110C的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器120。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器120也電氣連接于系統(tǒng)總線122，以便將其輸出經(jīng)由系統(tǒng)總線122傳送至系統(tǒng)存儲器124。專用集成電路100還包含一設(shè)置于相位比較器110的第一輸入端110A與時鐘信號墊102之間的第一開關(guān)112，以及一設(shè)置于一外部振蕩元件130與時鐘信號墊102之間的第二開關(guān)114。
專用集成電路100在進行外部振蕩元件130的溫度校準(zhǔn)時，內(nèi)置式處理器124經(jīng)由系統(tǒng)總線122傳送一控制指令以關(guān)閉第二開關(guān)114并開啟第一開關(guān)112。因此一測試平臺可經(jīng)由時鐘信號墊102及第一開關(guān)112輸入一參考時鐘至相位比較器110的第一輸入端110A。相位比較器110比較該參考時鐘與外部振蕩元件130的時鐘并產(chǎn)生一相位差信號(即頻率誤差信號)，而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器120則將該頻率誤差信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(溫度補償數(shù)據(jù))后經(jīng)由系統(tǒng)總線122而存儲于系統(tǒng)存儲器126。
相應(yīng)地，當(dāng)專用集成電路100欲輸出一時鐘信號時，內(nèi)置式處理器124經(jīng)由系統(tǒng)總線122傳送一控制指令以關(guān)閉第一開關(guān)112且開啟第二開關(guān)114，并將存儲于系統(tǒng)存儲器106的溫度補償數(shù)據(jù)加載于緩存器132。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器134則根據(jù)儲存于緩存器132的溫度補償數(shù)據(jù)和來自溫度檢測器136的溫度檢測信號，輸出一控制電壓以校準(zhǔn)外部振蕩元件130的時鐘。因此外部振蕩元件130的時鐘經(jīng)溫度補償后可經(jīng)由第二開關(guān)114及時鐘信號墊102穩(wěn)定地輸出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于根據(jù)本發(fā)明的晶體振蕩器50在接收到校準(zhǔn)信號后即可自行進行校準(zhǔn)，因此在并聯(lián)若干個晶體振蕩器50后一測試平臺可同時(平行地)進行溫度校準(zhǔn)。這樣，測試平臺所消耗的校準(zhǔn)時間是由若干個晶體振蕩器50均分的，從而降低每一個晶體振蕩器50的校準(zhǔn)時間以降低其測試成本。
如上所述，已公開了本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可根據(jù)本發(fā)明的教示及公開而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修改。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修改，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于包含一相位比較器，包含一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端；一時鐘信號墊，電氣連接于該第一輸入端；一振蕩元件，電氣連接于該第二輸入端；一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，電氣連接于該相位比較器的輸出端；一存儲器，電氣連接于該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于所述振蕩元件是一溫度補償型振蕩元件或一表面聲波振蕩元件。
3.如權(quán)利要求1所述的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于還包含一第一開關(guān)，設(shè)置于該相位比較器的第一輸入端與該時鐘信號墊之間；一第二開關(guān)，設(shè)置于該振蕩元件與該時鐘信號墊之間，且該第二開關(guān)的數(shù)據(jù)流方向與該第一開關(guān)相反；一邏輯控制元件，用于控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)。
4. 如權(quán)利要求3所述的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于還包含一電源墊；一高壓檢測器，電氣連接該電源墊及該邏輯控制元件。
5.如權(quán)利要求3所述的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于還包含一內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器，用于提供該邏輯控制元件運作所需的工作時鐘。
6.如權(quán)利要求5所述的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，其特征在于所述內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器是一電阻電容振蕩器。
7.一種晶體振蕩器的專用集成電路，其特征在于包含一系統(tǒng)總線；一內(nèi)置式處理器，電氣連接于該系統(tǒng)總線；一系統(tǒng)存儲器，電氣連接于該系統(tǒng)總線；一時鐘信號墊，可接收一參考時鐘；一相位比較器，用于產(chǎn)生該晶體振蕩器的振蕩元件的時鐘和該參考時鐘的頻率誤差；一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將該頻率誤差轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號，且經(jīng)該系統(tǒng)總線而存儲于該系統(tǒng)存儲器。
8.如權(quán)利要求7所述的晶體振蕩器的專用集成電路，其特征在于還包含一第一開關(guān)，設(shè)置于該相位比較器與該時鐘信號墊之間；一第二開關(guān)，設(shè)置于該振蕩元件與該時鐘信號墊之間。
9.如權(quán)利要求8所述的晶體振蕩器的專用集成電路，其特征在于還包含一電氣連接于系統(tǒng)總線的緩存器，用于在該第二開關(guān)開啟時存儲該系統(tǒng)存儲器的數(shù)據(jù)。
10.一種晶體振蕩器的校準(zhǔn)方法，其特征在于包含下列步驟并聯(lián)若干個晶體振蕩器；由一測試平臺輸入一測試激活信號和參考時鐘至該若干個晶體振蕩器；各晶體振蕩器比較其內(nèi)部的振蕩元件的時鐘與該參考時鐘，并產(chǎn)生一頻率誤差信號；各晶體振蕩器將該頻率誤差信號寫入其內(nèi)部的存儲器。
11.如權(quán)利要求10所述的晶體振蕩器的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述測試激活信號是一高于一臨界電壓的電壓。
12.如權(quán)利要求10所述的晶體振蕩器的校準(zhǔn)方法，其特征在于還包含各晶體振蕩器檢查一環(huán)境溫度是否等于一最后校準(zhǔn)溫度的步驟。
13.如權(quán)利要求10所述的晶體振蕩器的校準(zhǔn)方法，其特征在于其還包含將該頻率誤差信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器，包含一相位比較器、一電氣連接于該相位比較器的第一輸入端的時鐘信號墊、一電氣連接于該相位比較器的第二輸入端的振蕩元件、一電氣連接于該相位比較器的輸出端的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及一電氣連接于該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端的存儲器。該振蕩元件是一溫度補償型振蕩元件或一表面聲波振蕩元件。本發(fā)明的可自行校準(zhǔn)的晶體振蕩器可進一步包含一設(shè)置于該相位比較器的第一輸入端與該時鐘信號墊之間的第一開關(guān)、一設(shè)置于該振蕩元件與該時鐘信號墊之間的第二開關(guān)，以及一用于控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的邏輯控制元件。
文檔編號H03B5/04GK1617439SQ200310114298
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者姚忠鼎 申請人:晶豪科技股份有限公司