专利名称：一种温度补偿晶体振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体振荡器领域，具体涉及一种温度补偿晶体振荡器。
背景技术：
随着电子产品在宽温范围内的应用，尤其是手机、3G系统和GPS终端近两年来的迅猛发展，系统对作为时钟基准的温度补偿晶体振荡器的片式化、宽温和高稳定度性能要求越来越高，温度补偿晶体振荡器有着越来越广阔的市场前景。目前常用的对石英晶体谐振器的温度补偿方案中以模拟补偿和数字补偿为主，甚至还有模数混合补偿，但无论是纯数字补偿还是模数混合补偿中的数字补偿部分，都需要较大容量存储器，存储器内存取了与补偿电压相对应的数据，通过寻址操作读取到对应的补偿电压，加到变容二极管上就可以实现对晶振频率的补偿，由此可见，存储器是纯数字补偿和模数混合补偿中的数字补偿部分的核心模块，对降低系统功耗，降低工艺成本，增加系统集成度有着至关重要的作用。目前存储器多采用EEPROM或者flash存储器，然而，传统的非挥发性存储器如EEPROM虽然与标准CMOS兼容，但是需要额外的面积和工艺步骤，而且浮栅器件结构复杂，开发难度较大，随着工艺节点的进一步缩小，开发周期也越来越长。为了克服现有技术的缺陷，本专利提出的温度补偿晶体振荡器使用基于标准工艺实现的非易失性存储器作为数字式温度补偿晶振的核心模块，基于标准工艺实现的非易失性存储器可以规避采用EEPROM或flash特种工艺的限制，使系统具有低功耗、高读取速度以及低成本的特点。
发明内容
针对背景技术中提到的现有的数字补偿方案存在的不足，本发明使用了一种基于标准工艺实现的非易失性存储器，工艺的简单会进一步降低工艺成本，系统也更容易集成。根据本发明的温度补偿晶体振荡器，包括温度传感器，所述温度传感器用于感知环境温度并将温度信号转换为电压信号；模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述温度传感器的输出端相连，用于将所述电压信号转换为数字信号作为非易失性存储器的地址信号访问存储单元；所述非易失性存储器，所述非易失性存储器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述非易失性存储器预先存储有温度补偿需要的数字电压值；数模转换电路，所述数模转换器的输入端与所述非易失性存储器的输出端，将所述非易失性存储器输出的数字电压值转换为数字补偿电压；以及压控晶振，所述压控晶振的输入端与所述数模转换电路的输出端相连，用于根据所述数字补偿电压调控输出频率的高低。在本发明的一个优选实施例中，还包括模拟补偿网络，所述模拟补偿网络的输入端与所述温度传感器的输出端相连，所述模拟补偿网络的输出端与所述压控晶振的输入端相连，所述模拟补偿网络用于根据所述温度传感器转换的电压信号，提供模拟补偿电压给所述压控晶振。在本发明的一个优选实施例中，所述非易失性存储器为基于标准工艺实现的非易失性存储器。本发明的温度补偿晶体振荡器充分利用基于标准工艺实现的非易失性存储器在功耗、读取速度、工艺成本方面的优势，使系统在不影响频率稳定度的同时，改善其他多方面性能。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是已有的基于标准CMOS逻辑工艺的非挥发性存储单元结构示意图。图2是本发明温度补偿晶体振荡器的第一实施例的原理框图。图3是本发明温度补偿晶体振荡器的第二实施例的原理框图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。图I所示为已有的基于标准CMOS逻辑工艺的非挥发性存储单元结构示意图。利用一对容值一大一小的晶体管对控制读出管的阈值电压大小来达到数据存储的目的。以写入数据“ I ”为例，在Vp端加高编程电平7. 9V，在Vn端加低电平0V，此时由电容分压原理，浮空节点的电压值约为7. 5V，此时电容接法的Ct管将由于栅衬底间的高电压而产生FN隧穿效应，电子流入FG节点，从而读出管Mread的阈值电压绝对值减小，并且该点电荷在编程结束后仍然可以得到持续保存。写入数据“0”时，在Vn端加高编程电平7. 9V，在Vp端加低电平0V，其过程与写“I”相反，结果导致Mread阈值电压绝对值增大。利用后端的读取电路放大流过Mread电流的变化从而可以快速读取出存储单元所记录的数据,本发明正是使用此结构的非易失性存储器作为数据存储介质。图2是本发明温度补偿晶体振荡器的第一实施例的原理框图。如图2所述，该振荡器包括温度传感器10、模数转换器21、非易失性存储器22、数模转换器23和压控晶振30组成。其中，温度传感器10感知环境温度并将温度信号转换为电压信号，该电压信号送给模数转换器21，通过模数转换器21转换输出的数字信号作为非易失性存储器22的地址信号访问存储单元，非易失性存储器22中预先存储温度补偿需要的数字电压值，访问得到的数字电压值经过数模转换器23转换成模拟电压作为温度补偿电压值送给压控晶振30，从而实现晶体谐振器的温度补偿。图3是本发明温度补偿晶体振荡器的第二实施例的原理框图。如图3所述，该振荡器主要包括温度传感器10、数字补偿网络20、模拟补偿网络40和压控晶振30。其中，数字补偿网络20包括模数转换器21、非易失性存储器22和数模转换器23。系统工作时，温度传感器10感知环境温度并将温度信号转换为电压信号，该电压信号同时送给数字补偿网络30和模拟补偿网络40。数字补偿网络20将输入电压信号送入内部的模数转换器21，模数转换器21输出的数字信号作为地址信号访问非易失性存储器22，该非易失性存储器22存储数字补偿需要的电压值，非易失性存储器22的输出经过数模转换器23转换成模拟电压输出，因此可见，数字补偿网络20输出的电压即为数字补偿电压。模拟补偿网络40会根据需要产生模拟补偿电压，例如当补偿晶体谐振器是AT切型时，因为AT切型晶体谐振器的频差和温度呈三次函数关系，那么模拟补偿网络将产生与温度呈三次函数关系的电压信号。在该实施例的模数混合补偿网络中，数字补偿网络20输出的数字补偿电压将和模拟补偿网络40输出的模拟补偿电压相加一同送给压控晶振30作为晶振的补偿电压。在本发明的上述实施例中，优选地，非易失性存储器22采用基于标准工艺实现的非易失性存储器。由于高的频率稳定度一直是温补晶振所追求的目标，但是温补晶振的小型化，低功耗，低成本也是作为产品不得不考虑的重要指标，所以基于标准工艺实现的非易失性存储器具有结构简单、功耗低、工艺成本低的优点。具体地，本发明使用的基于标准工艺实现的非易失性存储器与标准CMOS工艺完全兼容，并且不需要EEPROM/flash所需要的浮栅器件，其单电源操作模式使应用更方便。在温度补偿晶体振荡器中引入基于标准工艺实现的非易失性存储器，替代常用的EEPRM/f lash，使系统在保持较高的频率稳定性和补偿精度的同时，进一步降低功耗、提高读取速度以及降低成本。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
权利要求
1.一种温度补偿晶体振荡器，其特征在于，包括 温度传感器，所述温度传感器用于感知环境温度并将温度信号转换为电压信号； 模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述温度传感器的输出端相连，用于将所述电压信号转换为数字信号作为非易失性存储器的地址信号访问存储单元； 所述非易失性存储器，所述非易失性存储器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述非易失性存储器预先存储有温度补偿需要的数字电压值； 数模转换电路，所述数模转换器的输入端与所述非易失性存储器的输出端，将所述非易失性存储器输出的数字电压值转换为数字补偿电压；以及 压控晶振，所述压控晶振的输入端与所述数模转换电路的输出端相连，用于根据所述数字补偿电压调控输出频率的高低。
2.如权利要求2所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于，还包括 模拟补偿网络，所述模拟补偿网络的输入端与所述温度传感器的输出端相连，所述模拟补偿网络的输出端与所述压控晶振的输入端相连，所述模拟补偿网络用于根据所述温度传感器转换的电压信号，提供模拟补偿电压给所述压控晶振。
3.如权利要求I和2所述的温度补偿晶体振荡器，其特征在于，所述非易失性存储器为基于标准工艺实现的非易失性存储器。
全文摘要
本发明公开了一种温度补偿晶体振荡器，包括温度传感器，用于感知环境温度并将温度信号转换为电压信号；模数转换器，用于将温度传感器的电压信号转换为数字信号作为非易失性存储器的地址信号访问存储单元；非易失性存储器，非易失性存储器的输入端与模数转换器的输出端相连，非易失性存储器预先存储有温度补偿需要的数字电压值；数模转换电路，数模转换器的输入端与非易失性存储器的输出端，将非易失性存储器输出的数字电压值转换为数字补偿电压；以及压控晶振，压控晶振的输入端与数模转换电路的输出端相连，用于根据数字补偿电压调控输出频率的高低。本发明具有稳定度高、功耗低、读取速度快，工艺成本低的优点。
文档编号H03B5/04GK102983812SQ201210485098
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者潘立阳, 伍冬, 李树龙, 王立业 申请人:清华大学