專利名稱：用于檢測(cè)振蕩器晶體的溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)振蕩器晶體外殼內(nèi)具有晶體振動(dòng)器的振蕩器晶體的溫度的裝置，尤其是涉及檢測(cè)移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備內(nèi)的振蕩器晶體的溫度的裝置。
教科書Neubig，Briese；″Das groβe Quarzkochbuch″[大晶體作業(yè)指南]，F(xiàn)ranzis-Verlag，p.51-54描述了如何能夠使用振蕩器晶體頻率的溫度依賴性來(lái)測(cè)量溫度。振蕩器晶體本身用于溫度測(cè)量。并沒有提供所述振蕩器晶體以便在設(shè)備(諸如移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備或在娛樂電子、汽車技術(shù)或醫(yī)學(xué)中使用的設(shè)備)中提供特定的操作頻率。
JP 2001-077627描述了經(jīng)溫度補(bǔ)償?shù)膲弘娬袷幤?。為了獲得小的尺寸，將利用了厚膜技術(shù)中的熱敏電阻的溫度補(bǔ)償電路施加到振蕩器電路外殼的后壁，以用于直接模擬溫度補(bǔ)償。在溫度對(duì)它的影響方面，通過該后壁將熱敏電阻與振蕩器去耦合。這里，在熱敏電阻處和振蕩器的頻率確定元件處的溫度和溫度梯度彼此以較大或較小的程度偏離。
US 4 862 110中描述了表面聲波(SAW)諧振器，該諧振器通過其溫度變化而調(diào)諧到它的額定頻率。提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的加熱元件以達(dá)到這種目的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)上面說(shuō)明的該種裝置，在該裝置中，所測(cè)量的溫度盡可能地準(zhǔn)確，其準(zhǔn)確程度與振蕩器晶體或其作為頻率確定元件的晶體振動(dòng)器所受到的溫度的復(fù)制相同。
這個(gè)目標(biāo)是利用如權(quán)利要求1中要求的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槔眠@個(gè)裝置，對(duì)溫度和溫度梯度的檢測(cè)在時(shí)間和空間方面都直接發(fā)生在振蕩器晶體上，所以借助于溫度傳感器所檢測(cè)到的正好是影響振蕩器晶體的頻率響應(yīng)的溫度。通過這個(gè)直接檢測(cè)，在振蕩器晶體和溫度傳感器之間的溫度傳播的脈沖響應(yīng)不發(fā)生延遲、惰性或者失真。因此使作為溫度的函數(shù)分別發(fā)生的振蕩器晶體的振蕩器電路頻率誤差的精確補(bǔ)償成為可能。利用對(duì)充當(dāng)頻率校正的致動(dòng)器的有目標(biāo)的影響，可以進(jìn)行軟件溫度補(bǔ)償。
溫度傳感器的電并聯(lián)是有利的，因?yàn)樽鳛榻Y(jié)果，帶有溫度傳感器的振蕩器晶體是單獨(dú)的雙端子元件，它可以容納在具有最低布線要求的印刷電路板上。所述裝置允許溫度檢測(cè)所必需的元件數(shù)量最小。這些元件可以集成到集成電路中。由于省略了外部組件，保證了具有小空間要求和低誤差的廉價(jià)結(jié)構(gòu)。
在移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中，所述裝置解決了由具有不同符號(hào)的溫度梯度在移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中傳播這一事實(shí)引起的溫度檢測(cè)問題，其中一方面通過能量損失發(fā)生自加熱，而另一方面通過環(huán)境發(fā)生加熱或冷卻。還可以和其它設(shè)備一起使用所述裝置，例如與在娛樂電子、醫(yī)學(xué)工程或汽車工程中使用的設(shè)備一起使用所述裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，溫度傳感器被施加到一個(gè)恒流源或恒壓源和一個(gè)估算電路，該電路估算溫度和/或溫度梯度以用于對(duì)振蕩器晶體的隨溫度而變的諧振頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
將參考附圖中示出的實(shí)施例的實(shí)例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，然而本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。


圖1示出了以等溫方式布置到印刷電路板上的振蕩器晶體的隨溫度而變的電阻(熱敏電阻)的平面圖。
圖2示出了作為圖1的替換方案的振蕩器晶體外殼內(nèi)部的熱敏電阻的示意剖面圖。
圖3示出了振蕩器晶體或晶體振動(dòng)器和熱敏電阻的電并聯(lián)。
圖4示出了熱敏電阻與振蕩器晶體或晶體振動(dòng)器和耦合電容的串聯(lián)組合的并聯(lián)。
圖5示出了具有恒流源和如圖3所示的并聯(lián)的估算電路和振蕩器電路的方塊電路圖。
圖6示出了具有恒壓源的估算電路的另一個(gè)方案。
圖7示出了具有連續(xù)溫度測(cè)量的帶有恒流源的估算電路的另一個(gè)方案。
圖8示出了鎖相環(huán)路的詳細(xì)表示。
在圖1中，提供一個(gè)設(shè)備的印刷電路板1以作為一個(gè)頻率確定電路的載體，該設(shè)備例如是移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備或用于娛樂電子、汽車技術(shù)或醫(yī)學(xué)工程的設(shè)備，該頻率確定電路具有振蕩器晶體。在印刷電路板1上布置有振蕩器晶體2和集成電路3。振蕩器晶體2具有振蕩器晶體外殼2’，該外殼中有晶體振動(dòng)器4(參見圖2)，該振動(dòng)器經(jīng)由印刷電路板1的印刷線路5、6連接到集成電路3的端子A和B。
作為溫度傳感器布置在印刷電路板1上的是一個(gè)隨溫度而變化的電阻，尤其是熱敏電阻7，該電阻電連接到印刷線路5、6并且與晶體振動(dòng)器4并聯(lián)。熱敏電阻7被相對(duì)于振蕩器晶體外殼2’等溫地布置在區(qū)域52中。特別地，在振蕩器晶體外殼2’的附近50，熱敏電阻7被布置在印刷電路板1的與振蕩器晶體外殼2’相同的側(cè)面上，而沒有通過壁與該外殼分隔開。從而實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)在振蕩器晶體2處(特別是在振蕩器晶體2的晶體振動(dòng)器4處)和在熱敏電阻7處的溫度和溫度梯度基本上相同。一個(gè)附加的熱傳導(dǎo)裝置(例如傳熱混合物)可以在振蕩器晶體外殼2’處支撐溫度傳感器7的緊鄰附近50。
為了增加發(fā)熱電路3和振蕩器晶體2之間的傳熱阻，從而支持區(qū)域52中的等溫布置，可以在印刷電路板1中提供印刷電路板材料中的開口51。
于是，作為溫度傳感器的熱敏電阻7受對(duì)晶體振動(dòng)器4具有頻率確定作用的特定溫度和溫度梯度的影響是顯而易見的。集成電路3包括在下面進(jìn)一步描述的估算電路。該集成電路與熱敏電阻7間隔一定的距離，因此其溫度幾乎不影響熱敏電阻7。
圖2示出了采用表面安裝裝置(SMD)設(shè)計(jì)的振蕩器晶體2，其中不是像圖1中那樣鄰近振蕩器晶體外殼2’布置熱敏電阻7，而是將熱敏電阻7布置在振蕩器晶體外殼2’內(nèi)部。陶瓷、金屬或塑料的振蕩器晶體外殼2’構(gòu)成用惰性氣體填充的內(nèi)腔8。在該外殼內(nèi)，晶體振動(dòng)器4位于固定件9上。晶體振動(dòng)器4連接振蕩器一晶體的端子10，該端子向外導(dǎo)通。該振蕩器晶體外殼2’的基板11適用于充當(dāng)附著組件和線路的載體，并且例如采取印刷電路板的形式。
熱敏電阻7被集成到或施加到充當(dāng)載體的基板11上。熱敏電阻7位于內(nèi)腔8的內(nèi)部，其盡可能地接近晶體振動(dòng)器4，但是不接觸晶體振動(dòng)器4，因?yàn)槠浣Y(jié)果是振蕩屬性可能受到負(fù)面影響。熱敏電阻7與晶體振動(dòng)器4沒有被壁隔開，而是在基板11的與晶體振動(dòng)器4相同的側(cè)面上設(shè)置熱敏電阻7。以將晶體振動(dòng)器4和熱敏電阻7電并聯(lián)到振蕩器一晶體端子10的方式，通過連接引線12將熱敏電阻7連接到晶體端子10。
圖3示出了振蕩器晶體2或晶體振動(dòng)器4和熱敏電阻7的并聯(lián)。在給出了晶體振蕩器電路的典型值的情況下，熱敏電阻7不代表在振蕩器晶體上的任何顯著的附加負(fù)載。例如，熱敏電阻7具有近以30kΩ的額定歐姆電阻。
在圖4示出的替換方案的情況下，耦合電容Ck被串聯(lián)到振蕩器晶體2，特別是串聯(lián)到晶體振動(dòng)器4。該熱敏電阻7可以并聯(lián)到該串聯(lián)連接。在圖2所示的布置的情況下，該布局也可以被集成到振蕩器晶體外殼2’中。耦合電容Ck則被設(shè)置在基板11上。
在如圖1所示的布局的情形中，將該布置施加到印刷電路板1的等溫區(qū)域52。
在其操作模式中，耦合電容Ck把待施加到熱敏電阻7的直流電壓(下面將進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行描述)和振蕩器晶體2或晶體振動(dòng)器4分開。
圖5、6和7示出可以集成到集成電路3中的估算電路和振蕩器電路。利用所述估算電路，可以以這種方式估算在熱敏電阻7處檢測(cè)的溫度即作為最終結(jié)果，振蕩器晶體2的諧振頻率的溫度響應(yīng)被補(bǔ)償。熱敏電阻7具有公知的電阻/溫度特性。
恒流源13(參見圖5)向熱敏電阻7施加恒定電流。因此，在端子A和B之間產(chǎn)生相應(yīng)于熱敏電阻7的當(dāng)前隨溫度而變的電阻值的直流電壓。通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14檢測(cè)該直流電壓，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理引線61將該直流電壓數(shù)字地發(fā)送到所述設(shè)備的微控制器15。該微控制器15例如從存儲(chǔ)在該微控制器內(nèi)的電壓/溫度表中確定實(shí)時(shí)溫度，該電壓/溫度表相應(yīng)于熱敏電阻7的特性曲線。微控制器15通過順序測(cè)量來(lái)確定電壓梯度或溫度梯度。
放大器16用來(lái)激勵(lì)和保持配備有振蕩器晶體2的振蕩器的高頻振蕩，該振蕩器作為皮爾斯振蕩器配備有從端子A和從端子B到地的電容17。振蕩器晶體2(尤其是其晶體振動(dòng)器4)與放大器16和電容17構(gòu)成一個(gè)振蕩器電路。電容17優(yōu)選地被集成到集成電路3中。為了提供頻率控制的功能，可以調(diào)節(jié)電容17的電容值。為了能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，電容17通過控制引線60連接到微控制器15。通過引線34從端子A向所述設(shè)備的鎖相環(huán)路18傳遞該振蕩器的高頻振蕩(比如26MHz)。
為了使熱敏電阻7的直流電壓通路不損害放大器16的操作，在放大器16的輸出端和/或輸入端處提供耦合電容19。
除了測(cè)量直流電壓之外，在端子A、B處(因此也在該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14上)還存在所述振蕩器功能的高頻信號(hào)電壓。通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14或微控制器15中的信號(hào)處理措施(例如低通濾波)來(lái)消除該高頻信號(hào)電壓，從而僅有所述直流電壓測(cè)量信號(hào)被用于該微控制器中的進(jìn)一步處理。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如果所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14可以直接依靠熱敏電阻7的特性曲線，那么可以將通過直流電壓測(cè)量來(lái)確定溫度或溫度變化的任務(wù)分配給該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14本身。于是通過引線34，微控制器15能夠發(fā)出表示當(dāng)前正在發(fā)生大溫度梯度的信號(hào)。
在如圖6所示的估算電路的情況下，提供一個(gè)恒壓源20以代替所述恒流源。此外，電阻21被集成在集成電路3中。電阻21和熱敏電阻7一起構(gòu)成一個(gè)分壓器，因此，在端子A和B之間同樣產(chǎn)生隨溫度而變化的直流電壓。
在如圖5和6所示的實(shí)施例的情況下，用于溫度檢測(cè)的直流電壓測(cè)量和振蕩器操作同時(shí)發(fā)生。反之，在如圖7所示的實(shí)施例中，直流電壓測(cè)量和振蕩器操作周期地順序進(jìn)行，為此提供一個(gè)使能信號(hào)引線22，該使能信號(hào)引線22受微控制器控制。恒流源13或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14經(jīng)由該引線被接通，或者經(jīng)由用于該使能信號(hào)的倒相器23來(lái)接通放大器16。這樣，可以在振蕩器電路操作之前檢測(cè)溫度，并且如果適用的話，可以進(jìn)行振蕩器頻率的溫度補(bǔ)償或溫度校準(zhǔn)。
采用這種布局，耦合電容19(參見圖5和6)和耦合電容Ck(參見圖4)是多余的。為了清楚起見，雖然如圖5和6中所示使用控制引線60和61，但是在圖7中省略了控制引線60和61。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在空間上將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14與微控制器15分開布置。如果模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14知道熱敏電阻7的電阻/溫度特性曲線，則模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14可以檢測(cè)出當(dāng)前發(fā)生的溫度梯度超過先前定義的極限值或可編程的極限值。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14因此能通過控制引線發(fā)信號(hào)給微控制器15以向其通知這一情況。
圖5-7示出在等溫區(qū)域52中沒有提供耦合電容Ck的情況。然而，如果在等溫區(qū)域52中布置了耦合電容Ck(參見圖4)，則也可以使用圖5-7的估算電路。如果如圖7所示在有或者沒有耦合電容Ck的振蕩器晶體外殼2’內(nèi)部布置熱敏電阻7，則也可以使用圖5-7中的估算電路。
附圖示出了相位控制環(huán)路18的原理(參見圖5、6和7)。它從出現(xiàn)在引線34上(即在端子A上)的基準(zhǔn)頻率導(dǎo)出在壓控振蕩器31的輸出端30處出現(xiàn)的輸出頻率，并對(duì)其進(jìn)行鎖相和鎖頻。為了形成所述鎖相環(huán)路，鄰近該壓控振蕩器31提供分壓器35、相位比較器33和環(huán)路濾波器32。
幾乎可以以任何程度的精細(xì)步進(jìn)(fineness-stepping)來(lái)設(shè)置分壓器35的分?jǐn)?shù)一有理數(shù)分壓比。該分壓器是一個(gè)已知的分?jǐn)?shù)N的分壓器。在如圖8所示的替換方案中有一個(gè)特殊的特征并沒有如上所述地通過電容17的電容值變化而將引線34上的來(lái)源于振蕩器晶體電路(參見圖5)的基準(zhǔn)頻率拉(track)到其額定值。相反地，基準(zhǔn)頻率保持其隨溫度而變的頻率偏差，同時(shí)通過對(duì)分壓器35的適當(dāng)?shù)募?xì)微步進(jìn)的重新編程來(lái)使得輸出端30處的頻率具有所述額定頻率值。對(duì)分壓器35的重新編程通過來(lái)自微控制器15的數(shù)據(jù)引線(未示出)進(jìn)行。存在于微控制器15中的溫度信息因此帶來(lái)對(duì)輸出端30處的輸出頻率的溫度補(bǔ)償。
頻率拉動(dòng)(frequency tracking)(即溫度補(bǔ)償)因此可以通過對(duì)電容17的重新調(diào)節(jié)或者通過對(duì)分壓器35的適當(dāng)重新編程來(lái)發(fā)生。
所獲得的溫度信息也可以用于其它目的。例如，所述溫度信息另外可以用在移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中，以用于校準(zhǔn)其它的隨溫度而變的參數(shù)或用于在電池充電時(shí)安全停機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)振蕩器晶體外殼中的具有晶體振動(dòng)器的振蕩器晶體的溫度的裝置，該裝置特別用于檢測(cè)移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中的振蕩器晶體溫度，其特征在于將溫度傳感器(7)布置在載體(1、11)上，以使得該溫度傳感器(7)與振蕩器晶體(2)或晶體振動(dòng)器(4)具有相同的環(huán)境溫度，其中分別在載體(1、11)的與振蕩器晶體(2)或晶體振動(dòng)器(4)相同的側(cè)面上提供該溫度傳感器(7)，并且未通過壁把該溫度傳感器(7)與該振蕩器晶體(2)或晶體振動(dòng)器(4)分開，而且該溫度傳感器(7)電并聯(lián)到該晶體振動(dòng)器(4)的端子(A、B；10)或者電并聯(lián)到該晶體振動(dòng)器(4)和至少一個(gè)耦合電容(Ck)的串聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其特征在于，在所述振蕩器晶體外殼(2’)內(nèi)布置所述溫度傳感器(7)。
3.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其特征在于，在鄰近所述振蕩器晶體外殼(2’)的印刷電路板(1)上布置所述溫度傳感器(7)。
4.如以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的裝置，其特征在于，所述載體(1)在所述發(fā)熱電路(3)和振蕩器晶體(2)之間具有開口(51)。
5.如以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的裝置，其特征在于，所述溫度傳感器(7)被施加到一個(gè)恒流源(13)或恒壓源(20)和一個(gè)估算電路，該估算電路估算溫度和/或溫度梯度，以用于對(duì)所述振蕩器晶體(2)的隨溫度而變的諧振頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
6.如以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的裝置，其特征在于，所述溫度傳感器(7)的電阻/溫度特性曲線被存儲(chǔ)在所述估算電路中。
7.如權(quán)利要求5或6中所述的裝置，其特征在于，所述估算電路配備有測(cè)量通路，在該測(cè)量通路中提供了所述恒流源(13)或恒壓源(20)、溫度傳感器(7)和一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(14)以用來(lái)檢測(cè)該溫度傳感器(7)上的電壓降，并且該估算電路還配備有振蕩器通路，在該振蕩器通路中提供一個(gè)包括所述振蕩器晶體(2)的振蕩器電路、一個(gè)放大器(16)和至少一個(gè)電容(17)。
8.如權(quán)利要求7中所述的裝置，其特征在于，用濾波裝置(19、Ck)將所述測(cè)量通路和振蕩器通路彼此分隔開。
9.如以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的裝置，其特征在于一個(gè)振蕩器電路，所述振蕩器晶體(2)位于該振蕩器電路中，并且在適用情況下所述恒流源(13)或恒壓源(20)可以被順序地依次施加到該振蕩器晶體(2)與所述溫度傳感器(7)的并聯(lián)連接，該振蕩器晶體(2)在適用情況下包括一個(gè)串聯(lián)耦合電容(Ck)。
10.如以上權(quán)利要求5-9中任何一個(gè)僅利要求所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)電容(17)與所述振蕩器晶體(2)構(gòu)成一個(gè)振蕩器電路，可以利用所述估算電路并作為所檢測(cè)的溫度或溫度梯度的函數(shù)來(lái)重新調(diào)節(jié)該至少一個(gè)電容(17)的電容值。
11.如以上權(quán)利要求5-9中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，可以利用所述估算電路并作為所檢測(cè)的溫度或溫度梯度的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)鎖相環(huán)路(18)的可調(diào)節(jié)分壓器(35)的分壓比。
全文摘要
在用于檢測(cè)布置在載體上(特別是布置在移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中)的振蕩器晶體2的溫度的裝置中，所檢測(cè)到的溫度應(yīng)該是盡可能準(zhǔn)確的，其準(zhǔn)確程度與振蕩器晶體2受到的溫度的復(fù)制相同。為此，以這樣的方式在載體1上布置該溫度傳感器7該溫度傳感器7受到與振蕩器晶體2或振蕩器晶體外殼2’相同的環(huán)境溫度。將溫度傳感器7和振蕩器晶體2設(shè)置成電并聯(lián)。
文檔編號(hào)H03L1/02GK1771664SQ200480009571
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者M·諾伊曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司