一種晶體振蕩器及頻率搜索方法
【專利摘要】本發明涉及晶體振蕩器【技術領域】，本發明提供一種晶體振蕩器及頻率搜索方法，根據預定公式計算并調整電容陣列中每個小電容的電容值，使晶體振蕩器的頻率調諧步長為恒定值以得到線性頻率調諧曲線；通過將電容陣列中的每個小電容按照預定的公式進行取值，使頻率調諧步長為恒定值，并得到晶體振蕩器的線性頻率調諧曲線，根據該線性頻率調諧曲線對目標頻率進行搜索，只需要一步搜索即可得到目標頻率，極大的減小了芯片的執行時間，提高芯片的快速響應能力，進而縮短芯片從待機到喚醒的時間。
【專利說明】一種晶體振蕩器及頻率搜索方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及晶體振蕩器【技術領域】，尤其涉及晶體振蕩器及頻率搜索方法。

【背景技術】
[0002]在現代通信系統中，由于晶體振蕩器具有高精度和高穩定度的特點，被廣泛應用于電視、電腦、手機以及平板電腦等常見消費電子產品中，同時應用在無線通信系統中的頻率合成器、數據處理設備中的時鐘信號發生器和特定系統中的基準時鐘信號發生電路中。與其它半導體電路一樣，低功耗、高集成度、高頻率精度也成為了晶體振蕩器的未來發展趨勢。雖然晶體振蕩器的頻率已經足夠精確，通常偏差只有+/-50ppm左右，但是對于一些要求更高的應用場合中，這種精度仍然不夠精確，需要進行進一步校準和補償。
[0003]比如說，在工業控制和計時領域中廣泛應用的實時時鐘(RTC)通常選用了32.768kHz的晶體振蕩器作為基準時鐘，其頻率穩定度通常為+/-50ppm，該級別的頻率源用來計時準確性較低，每個月的計時誤差可達到+/-12秒以上，對于高精度應用場合，如此大的誤差是不被允許的。因此必須進一步提高晶體振蕩器的頻率精度，通常采用的方法是對晶體振蕩器進行頻率的工藝偏差校準和溫度補償。
[0004]再比如說，在蜂窩無線通信技術中(目前的2G/3G/4G無線通信)，手機射頻必須使用高精度的晶體振蕩器來產生收發載頻，通過載頻實現手機與基站的通信。通常要求晶體振蕩器的初始頻率誤差小于+/_3ppm才能保證手機與基站之間建立聯系，并且要求正常工作時頻率誤差小于+/-0.1ppm才能保證通訊誤碼率滿足規范。這對晶體振蕩器頻率精度提出了極為苛刻的要求。以前只能采用壓控且帶溫度補償的晶體振蕩器模塊(VC-TCXO)提供保證目標振蕩頻率的功能；現在則廣泛使用的是低成本、小型化以及全集成數字控制晶體振蕩器(DCXO)。
[0005]DCXO使用的片外元件僅僅只有一個低成本的晶體，其余所有電路，例如有源電路、電容陣列、偏置電阻以及補償電路等都集成在芯片上。正因為如此，DCXO是一個低成本、小型化、全集成的解決方案。由于帶有數字碼可調節的電容陣列，可以很容易實施晶體振蕩器頻率的工藝偏差校準和溫度補償。前面所述的RTC和蜂窩通信中已經在廣泛使用DCX0。
[0006]如圖1所示，為基于經典的皮爾斯(Pierce)振蕩器結構，其中電流源Iss、偏置電阻Rb以及NMOS管MO構成有源電路，為振蕩器提供源源不斷的能量補充；兩個電容陣列Cl分別設置在晶體的左右兩端，由一組數字碼控制，即所述兩個電容陣列Cl通過控制線上的電容陣列數字控制字進行控制，能夠實現頻率的精細調諧，方框110中的電路為石英晶體的等效電學模型。
[0007]如圖2所示，給出了現有技術中使用的一種晶體振蕩器頻率搜索算法，其基本原理是:
[0008]首先在調諧曲線上找到2個點A和B，分別測量其頻率，然后算出一個斜率，記為
Kab。
[0009]其次，假設頻率調諧的目標是G點，那么從G點開始作一條水平線，交直線AB于Ql點。搜索算法從A點開始，根據A點與G點的頻率差值，除以斜率KAB，得出需要改變的電容陣列的步長數，這相當于從A點開始沿直線AB走到Ql點，但實際上找到的是調諧曲線上的Pl點。
[0010]然后，改變晶體振蕩器的電容陣列Cl，將其設置在Pl點，并測量Pl點頻率，并與目標頻率G進行比較，如果位于允許的誤差范圍內，則算法結束，Pl點滿足要求；否則需要進一步搜索。
[0011]如果Pl點不滿足要求，那么從Pl點開始，以Kab為斜率作直線，重復前面的過程，依次找到Q2、P2、Q3、P3...，直至找到的Pi點頻率與目標頻率G小于誤差范圍為止，這時Pi點滿足要求。
[0012]該頻率搜索算法的缺點是搜索次數不可控，時間消耗大，搜索的次數完全依賴于調諧曲線的非線性程度以及所選取的目標頻率點位置。由于晶體振蕩器建立速度非常緩慢，每次搜索完后需要改變晶體振蕩器的電容陣列設置再進行測量，每次改變后等待晶體振蕩器頻率穩定需要消耗ms級別的時間，因此每多一次搜索都需要消耗很多的時間，會制約芯片的快速響應能力，延長待機到喚醒的時間。因此，現有技術中的搜索算法存在搜索次數不可控，時間消耗大導致的芯片的響應能力慢的問題。


【發明內容】

[0013]本發明的目的在于提供一種晶體振蕩器及頻率搜索方法，旨在解決針對現有技術中的搜索算法存在搜索次數不可控，時間消耗大導致的芯片的響應能力慢的問題。
[0014]本發明是這樣實現的，一種晶體振蕩器的頻率搜索方法，所述頻率搜索方法包括以下步驟:
[0015]根據預定公式計算并調整電容陣列中每個電容的電容值，使所述晶體振蕩器的頻率調諧步長為恒定值以得到線性頻率調諧曲線；
[0016]根據所述線性頻率調諧曲線搜索目標頻率。
[0017]所述根據預定公式計算并調整電容陣列中每個電容的電容值的步驟包括:
[0018]根據以下關系式計算電容陣列中每個電容的電容值:

【權利要求】
1.一種晶體振蕩器的頻率搜索方法，其特征在于，所述頻率搜索方法包括以下步驟: 根據預定公式計算并調整電容陣列中每個電容的電容值，使所述晶體振蕩器的頻率調諧步長為恒定值以得到線性頻率調諧曲線； 根據所述線性頻率調諧曲線搜索目標頻率。
2.如權利要求1所述的頻率搜索方法，其特征在于，所述根據預定公式計算并調整電容陣列中每個電容的電容值的步驟還包括: 根據以下關系式計算電容陣列中每個電容的電容值: Cl(n) ^.2-CL:Cm - 2C0 ；
Lm_2.cL.P.n ACl(n) 二 Cl(n + 1)- Cl(n) ^ 其中，P是頻率調諧步長，Q為標稱電容，Cm為固定電容值，η為步數,所述步數為整數，Λ Cl (η)為電容變化值。
3.如權利要求2所述的頻率搜索方法，其特征在于，所述根據預定公式計算并調整電容陣列中每個電容的電容值的步驟具體為: 在芯片的版圖上，使電容陣列中的電容按照溫度計碼進行排列。
4.如權利要求3所述的頻率搜索方法，其特征在于，所述使電容陣列中的電容按照溫度計碼進行排列的步驟具體為: 使所述電容陣列中每一行電容的電容值沿X軸正方向或X軸負方向逐漸增大； 使任意相鄰兩行電容中其中一行電容中的最小電容值與另一行電容中的最大電容值位于同一列。
5.如權利要求3所述的頻率搜索方法，其特征在于，所述使電容陣列中的電容按照溫度計碼進行排列的步驟具體為: 使電容陣列中每一行電容的電容值均相同； 使電容陣列中每一列的電容值沿Y軸正方向或Y軸負方向逐漸增大。
6.一種晶體振蕩器，其特征在于，所述晶體振蕩器包括電容陣列和頻率搜索單元； 所述電容陣列中每個電容的電容值滿足預定公式，所述電容陣列用于使所述晶體振蕩器的頻率調諧步長為恒定值以得到線性頻率調諧曲線； 所述頻率搜索單元用于根據所述線性頻率調諧曲線搜索目標頻率。
7.如權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述電容陣列中的每個電容的電容值滿足以下關系式: Cl(n) ^ 2 CL'Cm - 2C0 ；
v J Cm-2-CL-p-n0 ACl(n) = Cl(n + 1)- Cl(n) ^ 4^mp,2；


(Cm-2-CL-p-n)z 其中，P是頻率調諧步長，Q為標稱電容，Cm為固定電容值，η為步數,所述步數為整數，Λ Cl (η)為電容變化值。
8.如權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于，在芯片的版圖上，所述電容陣列中的電容按照溫度計碼進行排列。
9.如權利要求8所述的晶體振蕩器，其特征在于， 所述電容陣列中每一行電容的電容值沿X軸正方向或X軸負方向逐漸增大，并且任意相鄰兩行電容中其中一行電容中的最小電容值與另一行電容中的最大電容值位于同一列。
10.如權利要求8所述的晶體振蕩器，其特征在于，所述電容陣列中每一行電容的電容值均相同，所述電容陣列中每一列的電容值沿Y軸正方向或Y軸負方向逐漸增大。
【文檔編號】H03B5/04GK104135232SQ201410367790
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】許建超, 趙琮, 湯江遜, 歐陽振華, 許志玲 申請人:深圳市銳能微科技有限公司