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(jì)時(shí)和頻率參考應(yīng)用中，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以及用在數(shù)字和電信裝置中。石英晶體通常用來(lái)提供高精度振蕩器。替代地，微機(jī)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(dòng)方法，而第二部分(即，電容，壓阻)涉及檢測(cè)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(cè)方法，其中DC電流通過(guò)諧振器結(jié)構(gòu)發(fā)送以讀出信號(hào)。在諧振器的振動(dòng)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?yàn)橄Ｍ袷幤鞯妮敵鲱l率是穩(wěn)定的，與環(huán)境的變化無(wú)關(guān)。通常采用前饋機(jī)制修正隨著溫度的頻率變化。在這種機(jī)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(jì)諧振器的溫度。檢測(cè)到的溫度用來(lái)基于測(cè)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(wú)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)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(shí)施例中，輸出電路被配置和布置為具有用于提供電信號(hào)形式的工作溫度的電路系統(tǒng)(包括該電路)，該電信號(hào)用于調(diào)整從至少一個(gè)電路元件獲得的頻率輸出信號(hào)。其它特定實(shí)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(cè)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(jì)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(jì)時(shí)，存在多個(gè)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(cè)量會(huì)引起誤差。為了更精確地檢測(cè)諧振器的溫度，并且因此估計(jì)諧振器的溫度漂移和振蕩頻率，測(cè)量諧振器電阻本身。換句話說(shuō)，不需要單獨(dú)的溫度傳感器。測(cè)量諧振器本體的相對(duì)電阻變化，并且直接地計(jì)算諧振器處的溫度。諧振器的諧振頻率隨著溫度變化，因?yàn)楣璧臈钍夏Ａ烤哂刑烊坏臏囟认嚓P(guān)性(近似為每開(kāi)爾文溫度變化百萬(wàn)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(gè)電路元件，被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個(gè)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(hào)形式提供所述工作溫度，用于調(diào)整從所述至少ー個(gè)電路元件獲得的頻率輸出信號(hào)。
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(gè)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(hào)包括電流、電壓或電阻信號(hào)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(cè)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(cè)電路，溫度檢測(cè)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(hào)時(shí)提供至少ー個(gè)表達(dá)溫度的信號(hào)，所述至少一個(gè)表達(dá)溫度的信號(hào)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(gè)溫度指示信號(hào)和由諧振器產(chǎn)生的振蕩輸出信號(hào)的函數(shù)的頻率輸出信號(hào)。
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(cè)電路，溫度檢測(cè)電路被配置和布置為檢測(cè)諧振器的溫度；和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，被配置和布置為將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成調(diào)整信號(hào)以及采用調(diào)整信號(hào)提供頻率輸出信號(hào)，該頻率輸出信號(hào)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(hào)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(jì)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(cè)電路包括用于確定諧振器的當(dāng)前振蕩頻率的頻率計(jì)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(hào)將參考時(shí)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(gè)電路元件的振蕩器電路中，檢測(cè)諧振器的溫度，所述至少一個(gè)電路元件被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個(gè)電路元件的工作溫度；以及 以電信號(hào)形式提供檢測(cè)到的溫度，用于調(diào)整從所述諧振器獲得的頻率輸出信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)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(cè)到的溫度包括包含電流、電壓或電阻信號(hào)中的ー種的電信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供檢測(cè)到的溫度的步驟還包括檢測(cè)通過(guò)諧振器的電流和電壓信號(hào)。
19.一種方法，包括下述步驟在包括至少一個(gè)電路元件的振蕩器電路中，檢測(cè)所述至少一個(gè)電路元件的溫度，所述至少一個(gè)電路元件被配置和布置用于諧振以及指示所述至少一個(gè)電路元件的工作溫度； 將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成調(diào)整信號(hào)并采用調(diào)整信號(hào)提供頻率輸出信號(hào)，該頻率輸出信號(hào)從所述至少一個(gè)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(hào)中的一種的電信號(hào)的形式提供檢測(cè)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(cè)到的溫度是經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和邏輯電路實(shí)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(lái)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(shí)，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(duì)電阻變化僅依賴于相對(duì)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(cè)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(hào)H03B5/04GK103051285SQ20121038072
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)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(lè), 約瑟夫·托馬斯·馬丁內(nèi)斯·范貝克 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司