時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，包括：一MCU，與該MCU相連接的高頻晶體、A/D轉(zhuǎn)換器、32768Hz石英晶體和RTC電路;還包括一與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連接的溫度傳感器。通過定制高精準(zhǔn)的高頻石英晶體來不斷校正32768Hz石英晶體的秒脈沖，直到在32768Hz石英晶體產(chǎn)生的時(shí)間閘門內(nèi)讀取的高頻脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和理論上精準(zhǔn)的高頻脈沖個(gè)數(shù)相同。本發(fā)明的時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，成本低，體積小，補(bǔ)償結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利說明】時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫度補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，除了要求特別高的標(biāo)準(zhǔn)源以外，工業(yè)及日常生活中使用的高精度時(shí)鐘頻率 主要來自石英晶體振蕩器。并且，國(guó)內(nèi)外時(shí)鐘使用的石英晶體振蕩器的頻率為32768Hz。參 見圖1，該圖為32768Hz石英晶體振蕩器的頻率溫度特性曲線圖。32768Hz石英晶體振蕩器 在-30°〇至+601：范圍內(nèi)的頻率偏差比八？/^約為（+40)--111至（-150)--111(--111表示百萬 分之一)，這樣每天產(chǎn)生的時(shí)鐘誤差可達(dá)15秒以上。因此，如果要達(dá)到更高的時(shí)鐘精度，需 要對(duì)石英晶體振蕩器的頻率偏差進(jìn)行溫度補(bǔ)償。現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償包括硬補(bǔ)和軟補(bǔ)兩種。硬 補(bǔ)主要是從硬件上進(jìn)行溫度補(bǔ)償，硬補(bǔ)的成本較高，并且整體的體積較大，不適合用于時(shí)鐘 體積小和成本低的場(chǎng)合。軟補(bǔ)的方法主要是在有MCU (微控制單兀)芯片同時(shí)出現(xiàn)于同一產(chǎn) 品的場(chǎng)合，利用石英晶體振蕩器的頻率溫度特性曲線一致性較好的32768Hz石英晶體作為 MCU芯片內(nèi)掛的獨(dú)立實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC，Real-Time Clock)電路的外晶體，利用MCU內(nèi)/外部溫 度測(cè)量傳感器檢測(cè)溫度值，通過查找頻率溫度特性曲線表得出該溫度值對(duì)應(yīng)的頻率溫度偏 差值，MCU通過修改秒脈沖分頻值（32768 土N，N為實(shí)時(shí)修正值）來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償修正。這種軟補(bǔ) 方法成本較低，但由于其是開環(huán)補(bǔ)償，頻率溫度特性曲線一致性、溫度傳感器的一致性、A/D 采集的參考電壓的一致性、MCU內(nèi)部A/D采集電路制造的一致性等任何一項(xiàng)出現(xiàn)問題，均無 法保證最終的補(bǔ)償結(jié)果。如果有任何一項(xiàng)或多項(xiàng)出現(xiàn)問題，則將導(dǎo)致補(bǔ)償結(jié)果不準(zhǔn)確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，它成本 低，體積小，補(bǔ)償結(jié)果準(zhǔn)確。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，包括：一 MCU，與該MCU相連接的高頻晶體、A/D轉(zhuǎn)換器、32768Hz石英晶體和RTC電路；還包括一與所 述A/D轉(zhuǎn)換器相連接的溫度傳感器；
[0005] 所述32768Hz石英晶體，用于產(chǎn)生32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；
[0006] 所述高頻晶體，其頻率溫度特性曲線為分段折線，在每段折線內(nèi)為直線；每段折線 內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)的溫度T與高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt的表達(dá)式為：Pt= (a*T+b);其中，a，b為常數(shù)， 表不乘號(hào)；
[0007] 所述溫度傳感器，用于測(cè)量環(huán)境溫度；
[0008] 所述A/D轉(zhuǎn)換器，為MCU的片內(nèi)電路，用于將溫度傳感器測(cè)量的環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)并發(fā)送給MCU;
[0009] 所述RTC電路，基于所述32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生秒脈沖；
[0010] 在溫度T時(shí)，MCU讀取RTC電路產(chǎn)生的預(yù)定時(shí)間閘門內(nèi)的所述高頻晶體產(chǎn)生的高 頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl ;并且，在溫度T時(shí)，MCU由Pt= (a*T+b)計(jì)算所述高頻晶體在所述預(yù)定時(shí)間 閘門內(nèi)的理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2 ;
[0011] 所述MCU預(yù)先存儲(chǔ)每段折線內(nèi)對(duì)應(yīng)的常數(shù)a，b ;每段折線對(duì)應(yīng)一組常數(shù)a，b值； MCU比較高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl和高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2 ;當(dāng)高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl大于高頻脈沖個(gè)數(shù) Pt2時(shí)，MCU調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬度變窄；反之調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬 度變寬；直到讀取的高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl與理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2相等。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 本發(fā)明的時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，通過定制高精準(zhǔn)的高頻石英晶體來 不斷校正32768Hz石英晶體的秒脈沖，直到在32768Hz石英晶體產(chǎn)生的時(shí)間閘門內(nèi)讀取的 高頻脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和理論上精準(zhǔn)的高頻脈沖個(gè)數(shù)相同。
[0014] 由于可以在任意溫度下對(duì)32768Hz石英晶體進(jìn)行校準(zhǔn)，因此本發(fā)明能在很寬溫度 范圍內(nèi)補(bǔ)償32768Hz石英晶體由于溫度不同而產(chǎn)生的頻率偏差。
[0015] 由于本發(fā)明采用了閉環(huán)溫度補(bǔ)償方式，其補(bǔ)償過程與時(shí)鐘晶體的頻率溫度特性曲 線形狀無關(guān)，因此不要求時(shí)鐘晶體的一致性。
[0016] 由于本發(fā)明利用MCU，外加兩個(gè)晶體（32768Hz石英晶體和定制商頻晶體）就可實(shí) 現(xiàn)，因此成本較低,對(duì)應(yīng)的體積也較小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
[0018] 圖1是32768Hz石英晶體振蕩器的頻率溫度特性曲線圖；
[0019] 圖2是所述時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 參見圖2所示，所述時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，包括：一定制高頻晶體、 一 MCU、一 RTC電路、一 32768Hz石英晶體、一 A/D轉(zhuǎn)換器和一溫度傳感器。
[0021] 所述定制高頻晶體、RTC電路、32768Hz石英晶體和A/D轉(zhuǎn)換器分別與所述MCU相 連接，所述溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接。
[0022] 所述MCU為單片機(jī)或微處理器。
[0023] 所述32768Hz石英晶體，用于產(chǎn)生32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
[0024] 所述定制高頻晶體，其頻率為16MHz，頻率溫度特性曲線為分段折線，在每段折線 內(nèi)為直線；每段折線內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)的溫度T與高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt的表達(dá)式為：Pt= (a*T+b); 其中，a，b為常數(shù)，表示乘號(hào)。
[0025] 所述溫度傳感器，為MCU的片外溫度傳感器或MCU的片內(nèi)溫度傳感器，用于測(cè)量環(huán) 境溫度。當(dāng)采用MCU的片內(nèi)溫度傳感器時(shí)，所述溫度傳感器為片內(nèi)雙PN結(jié)溫度傳感器。
[0026] 所述A/D轉(zhuǎn)換器為MCU的片內(nèi)電路，用于將溫度傳感器測(cè)量的環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)并發(fā)送給MCU。
[0027] 所述RTC電路為MCU的內(nèi)掛（即片內(nèi)）RTC電路或外掛（即片外）RTC電路，基于所 述32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生秒脈沖。
[0028] 在溫度T時(shí)，MCU讀取RTC電路產(chǎn)生的預(yù)定時(shí)間閘門內(nèi)的所述定制高頻晶體產(chǎn)生 的高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl ;并且在溫度T時(shí)，MCU由Pt= (a*T+b)計(jì)算所述定制高頻晶體在所述 預(yù)定時(shí)間閘門內(nèi)的理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2。所述MCU預(yù)先存儲(chǔ)每段折線內(nèi)對(duì)應(yīng)的常數(shù)a、b ; 每段折線對(duì)應(yīng)一組常數(shù)a、b值。MCU比較高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl和高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2 ;當(dāng)高頻脈 沖個(gè)數(shù)Ptl大于高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2時(shí)，MCU調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬度變窄，反之調(diào) 節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬度變寬，直到讀取的高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl與理論高頻脈沖個(gè)數(shù) Pt2相等。
[0029] 優(yōu)選地，所述MCU還按照預(yù)定時(shí)間段定時(shí)接收A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送來的溫度的數(shù)字信 號(hào)；判斷溫度的變化是否超過預(yù)定范圍，當(dāng)超過預(yù)定范圍時(shí)，MCU調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈 沖寬度；當(dāng)未超過預(yù)定范圍時(shí)，MCU停止調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖寬度。
[0030] 優(yōu)選地，所述MCU通過溫度臺(tái)階表查找對(duì)應(yīng)的預(yù)定范圍，所述溫度臺(tái)階表預(yù)先存 儲(chǔ)在MCU的存儲(chǔ)器中；所述MCU判斷溫度的變化是否超過當(dāng)前溫度對(duì)應(yīng)的預(yù)定范圍；當(dāng)超 過預(yù)定范圍時(shí)，MCU調(diào)節(jié)RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖寬度；當(dāng)未超過預(yù)定范圍時(shí)，MCU停止調(diào)節(jié) RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖寬度。
[0031] 優(yōu)選地，所述溫度臺(tái)階表為-10°C以下溫度臺(tái)階值為0. 2°c、-10?+10°C溫度臺(tái)階 值為0· 3°C、+10?+30°C溫度臺(tái)階值為0· 4°C、+30?+50°C溫度臺(tái)階值為0· 3°C、+50°C以 上溫度臺(tái)階值為0.2 °C。
[0032] 雖然本發(fā)明利用具體的實(shí)施例進(jìn)行說明，但是對(duì)實(shí)施例的說明并不限制本發(fā)明的 范圍。本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員通過參考本發(fā)明的說明，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的 情況下，容易進(jìn)行各種修改或者可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行組合，這些同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種時(shí)鐘晶體振蕩器閉環(huán)溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，包括：一微控制單元MCU，與 該微控制單元MCU相連接的高頻晶體、A/D轉(zhuǎn)換器、32768Hz石英晶體和實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路； 還包括一與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連接的溫度傳感器； 所述32768Hz石英晶體，用于產(chǎn)生32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)； 所述高頻晶體，其頻率溫度特性曲線為分段折線，在每段折線內(nèi)為直線；每段折線內(nèi)單 位時(shí)間內(nèi)的溫度T與高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt的表達(dá)式為：Pt= (a*T+b);其中，a，b為常數(shù)，表 示乘號(hào)； 所述溫度傳感器，用于測(cè)量環(huán)境溫度； 所述A/D轉(zhuǎn)換器，為微控制單元MCU的片內(nèi)電路，用于將溫度傳感器測(cè)量的環(huán)境溫度轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給微控制單元MCU ; 所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路，基于所述32768Hz基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生秒脈沖； 在溫度T時(shí)，微控制單元MCU讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路產(chǎn)生的預(yù)定時(shí)間閘門內(nèi)的所述高 頻晶體產(chǎn)生的高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl ;并且在溫度T時(shí)，微控制單元MCU由Pt= (a*T+b)計(jì)算所 述高頻晶體在所述預(yù)定時(shí)間閘門內(nèi)的理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2 ; 所述微控制單元MCU預(yù)先存儲(chǔ)每段折線內(nèi)對(duì)應(yīng)的常數(shù)a，b ;每段折線對(duì)應(yīng)一組常數(shù)a，b 值；微控制單元MCU比較高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl和理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2 ;當(dāng)高頻脈沖個(gè)數(shù)Ptl 大于理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2時(shí)，微控制單元MCU調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬 度變窄；反之調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖的寬度變寬；直到讀取的高頻脈沖個(gè)數(shù) Ptl與理論高頻脈沖個(gè)數(shù)Pt2相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述微控制單元MCU為單片機(jī)或微處理 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述溫度傳感器為微控制單元MCU的片 外傳感器或微控制單元MCU的片內(nèi)傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于：當(dāng)所述溫度傳感器為微控制單元MCU的 片內(nèi)傳感器時(shí)，所述溫度傳感器為片內(nèi)雙PN結(jié)溫度傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述微控制單元MCU按照預(yù)定時(shí)間段定 時(shí)接收A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送來的溫度數(shù)字信號(hào)；判斷溫度的變化是否超過預(yù)定范圍，當(dāng)超過預(yù) 定范圍時(shí)，微控制單元MCU調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖寬度；當(dāng)未超過預(yù)定范圍 時(shí)，微控制單元MCU停止調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路產(chǎn)生的秒脈沖寬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于：所述微控制單元MCU通過溫度臺(tái)階表查 找對(duì)應(yīng)的預(yù)定范圍，所述溫度臺(tái)階表預(yù)先存儲(chǔ)在微控制單元MCU的存儲(chǔ)器中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：所述溫度臺(tái)階表為-10°C以下溫度臺(tái)階值 為0· 2°C、_10?+10°C溫度臺(tái)階值為0· 3°C、+10?+30°C溫度臺(tái)階值為0· 4°C、+30?+50°C 溫度臺(tái)階值為〇. 3°C、+50°C以上溫度臺(tái)階值為0. 2°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路為MCU的片內(nèi)實(shí) 時(shí)時(shí)鐘RTC電路或片外實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的裝置，其特征在于：所述高頻晶體的頻率為16MHz。
【文檔編號(hào)】H03B5/04GK104218891SQ201310221880
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】葛佳樂 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司