專利名稱：用于修正壓阻式振蕩器的頻率的溫度相關(guān)性的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振蕩器及其校正方法。
背景技術(shù)：
振蕩器廣泛地用在計時和頻率參考應(yīng)用中，如實時時鐘，以及用在數(shù)字和電信裝置中。石英晶體通常用來提供高精度振蕩器。替代地，微機電系統(tǒng)(MEMS)諧振器可以用于振蕩。MEMS諧振器可以包括靜電電容式諧振器、壓電電容式諧振器和靜電壓阻式諧振器。諧振器名稱的第一部分(即，靜電，壓電)涉及致動方法，而第二部分(即，電容，壓阻)涉及檢測振蕩的方法。靜電壓阻式(以下稱為壓阻式(piezoresistive))諧振器和前兩種類型的諧振器的差別在于，壓阻式諧振器采用壓阻檢測方法，其中DC電流通過諧振器結(jié)構(gòu)發(fā)送以讀出信號。在諧振器的振動期間，該結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變改變諧振器的電阻。這類諧振器可以由硅材料構(gòu)造而成。這種諧振器的諧振頻率隨著溫度變化。這是不希望的效應(yīng)，因為希望振蕩器的輸出頻率是穩(wěn)定的，與環(huán)境的變化無關(guān)。通常采用前饋機制修正隨著溫度的頻率變化。在這種機制中，采用包含振蕩器電子元件的相同MEMS管芯或電路管芯上的溫度傳感器估計諧振器的溫度。檢測到的溫度用來基于測量的溫度變化調(diào)整振蕩器的最終的輸出頻率。在修正之后，最終的輸出頻率是穩(wěn)定的，與環(huán)境溫度變化無關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容和/或發(fā)明的特定方面涉及一種電路，包括電路系統(tǒng)(circuitry)、一組電路或電路布置，具有被配置和布置用于振蕩以及指示電路的工作溫度的電路。在具體實施例中，輸出電路被配置和布置為具有用于提供電信號形式的工作溫度的電路系統(tǒng)(包括該電路)，該電信號用于調(diào)整從至少一個電路元件獲得的頻率輸出信號。其它特定實施例涉及MEMS諧振器的使用，并且特別地涉及使用壓阻式諧振器技術(shù)。采用壓阻式諧振器，由于檢測電流(汲取電流(draincurrent))的焦耳加熱效應(yīng),諧振元件的溫度總是高于環(huán)境的溫度。溫度差(AT)取決于諧振器的熱阻(Rt)、環(huán)境溫度和供給至諧振器的功率的⑵加熱結(jié)果。如果溫度傳感器放置在MEMS諧振器的外面，則它的溫度通常非常接近環(huán)境溫度。為了估計諧振器處的溫度，可以將溫度差添加至傳感器處的溫度。當(dāng)采用這種估計時，存在多個誤差源。由于工藝和組裝變化而不能精確地限定熱阻。此夕卜，熱阻在不同的樣品之間可能變化非常大。而且，功率測量會引起誤差。為了更精確地檢測諧振器的溫度，并且因此估計諧振器的溫度漂移和振蕩頻率，測量諧振器電阻本身。換句話說，不需要單獨的溫度傳感器。測量諧振器本體的相對電阻變化，并且直接地計算諧振器處的溫度。諧振器的諧振頻率隨著溫度變化，因為硅的楊氏模量具有天然的溫度相關(guān)性(近似為每開爾文溫度變化百萬分之-40至-60 (PPM))。硅諧振器的諧振頻率與硅的楊氏模量的平方根成比例，因此漂移約負(fù)20ppm/K至負(fù)30ppm/K。這稱為頻率的溫度系數(shù)(TCF)，并在等式(I)中示出。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器電路,包括 至少ー個電路元件，被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個電路元件的工作溫度；和 輸出電路，被配置和布置為以電信號形式提供所述工作溫度，用于調(diào)整從所述至少ー個電路元件獲得的頻率輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器電路，其中所述至少一個電路元件包括壓阻式諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器電路，其中所述電信號包括電流、電壓或電阻信號中的ー種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器電路，其中所檢測的工作溫度在3攝氏度內(nèi)是精確的。
5.—種振蕩器電路,包括 諧振器和溫度檢測電路，溫度檢測電路被配置和布置為在諧振器振蕩和產(chǎn)生振蕩輸出信號時提供至少ー個表達(dá)溫度的信號，所述至少一個表達(dá)溫度的信號指示諧振器的溫度，和 輸出電路，被配置和布置為提供作為所述至少ー個溫度指示信號和由諧振器產(chǎn)生的振蕩輸出信號的函數(shù)的頻率輸出信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振蕩器電路，振蕩器電路還包括被配置和布置為維持諧振器的振蕩的維持電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振蕩器電路，其中諧振器包括硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振蕩器電路，其中輸出電路包括鎖相環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振蕩器電路，其中諧振器是壓阻式的。
10.一種振蕩器電路，包括 諧振器和溫度檢測電路，溫度檢測電路被配置和布置為檢測諧振器的溫度；和信號轉(zhuǎn)換電路，被配置和布置為將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成調(diào)整信號以及采用調(diào)整信號提供頻率輸出信號，該頻率輸出信號從諧振器獲得并考慮由溫度引起的諧振器的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振蕩器電路，其中諧振器是壓阻式的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振蕩器電路，其中信號轉(zhuǎn)換電路包括用于確定諧振器的當(dāng)前振蕩頻率的頻率計數(shù)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振蕩器電路，其中溫度檢測電路包括用于確定諧振器的當(dāng)前振蕩頻率的頻率計數(shù)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振蕩器電路，其中頻率輸出信號將參考時鐘提供至電子裝置。
15.ー種方法，包括下述步驟 在包括至少ー個電路元件的振蕩器電路中，檢測諧振器的溫度，所述至少一個電路元件被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個電路元件的工作溫度；以及 以電信號形式提供檢測到的溫度，用于調(diào)整從所述諧振器獲得的頻率輸出信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個電路元件為壓阻式諧振器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供檢測到的溫度包括包含電流、電壓或電阻信號中的ー種的電信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供檢測到的溫度的步驟還包括檢測通過諧振器的電流和電壓信號。
19.一種方法，包括下述步驟在包括至少一個電路元件的振蕩器電路中，檢測所述至少一個電路元件的溫度，所述至少一個電路元件被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個電路元件的工作溫度； 將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成調(diào)整信號并采用調(diào)整信號提供頻率輸出信號，該頻率輸出信號從所述至少一個電路元件獲得并考慮由溫度引起的諧振器的變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括以包括電流、電壓或電阻信號中的一種的電信號的形式提供檢測到的溫度的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中轉(zhuǎn)換檢測到的溫度是經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和邏輯電路實現(xiàn)的。
全文摘要
一種包括硅型MEMS振蕩器的MEMS振蕩器及其方法，特別是壓阻式諧振器，可以用來提供固定的、穩(wěn)定的輸出頻率。硅的楊氏模量具有天然的溫度相關(guān)性，因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化和/或壓阻式諧振器被供電時，諧振器溫度變化，并且諧振器的諧振頻率漂移。為了考慮壓阻式諧振器的溫度漂移，壓阻式諧振器本身用作溫度傳感器。壓阻式諧振器的相對電阻變化僅依賴于相對溫度變化和諧振器的材料特性。因此，可以直接在壓阻式諧振器上檢測精確的溫度。溫度漂移信息提供至頻率調(diào)整器，頻率調(diào)整器修正該電路的輸出頻率。
文檔編號H03B5/04GK103051285SQ20121038072
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者金·范樂, 約瑟夫·托馬斯·馬丁內(nèi)斯·范貝克 申請人:Nxp股份有限公司