專利名稱：一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體振蕩器領(lǐng)域，具體涉及一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品在寬溫范圍內(nèi)的應(yīng)用，尤其是手機(jī)、3G系統(tǒng)和GPS終端近兩年來的迅猛發(fā)展，系統(tǒng)對作為時鐘基準(zhǔn)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的片式化、寬溫和高穩(wěn)定度性能要求越來越高，溫度補(bǔ)償晶體振蕩器有著越來越廣闊的市場前景。目前常用的對石英晶體諧振器的溫度補(bǔ)償方案中以模擬補(bǔ)償和數(shù)字補(bǔ)償為主，甚至還有模數(shù)混合補(bǔ)償，但無論是純數(shù)字補(bǔ)償還是模數(shù)混合補(bǔ)償中的數(shù)字補(bǔ)償部分，都需要較大容量存儲器，存儲器內(nèi)存取了與補(bǔ)償電壓相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過尋址操作讀取到對應(yīng)的補(bǔ)償電壓，加到變?nèi)荻O管上就可以實(shí)現(xiàn)對晶振頻率的補(bǔ)償，由此可見，存儲器是純數(shù)字補(bǔ)償和模數(shù)混合補(bǔ)償中的數(shù)字補(bǔ)償部分的核心模塊，對降低系統(tǒng)功耗，降低工藝成本，增加系統(tǒng)集成度有著至關(guān)重要的作用。目前存儲器多采用EEPROM或者flash存儲器，然而，傳統(tǒng)的非揮發(fā)性存儲器如EEPROM雖然與標(biāo)準(zhǔn)CMOS兼容，但是需要額外的面積和工藝步驟，而且浮柵器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)難度較大，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步縮小，開發(fā)周期也越來越長。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利提出的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器使用基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器作為數(shù)字式溫度補(bǔ)償晶振的核心模塊，基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器可以規(guī)避采用EEPROM或flash特種工藝的限制，使系統(tǒng)具有低功耗、高讀取速度以及低成本的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有的數(shù)字補(bǔ)償方案存在的不足，本發(fā)明使用了一種基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器，工藝的簡單會進(jìn)一步降低工藝成本，系統(tǒng)也更容易集成。根據(jù)本發(fā)明的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括溫度傳感器，所述溫度傳感器用于感知環(huán)境溫度并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，用于將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為非易失性存儲器的地址信號訪問存儲單元；所述非易失性存儲器，所述非易失性存儲器的輸入端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述非易失性存儲器預(yù)先存儲有溫度補(bǔ)償需要的數(shù)字電壓值；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述非易失性存儲器的輸出端，將所述非易失性存儲器輸出的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字補(bǔ)償電壓；以及壓控晶振，所述壓控晶振的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，用于根據(jù)所述數(shù)字補(bǔ)償電壓調(diào)控輸出頻率的高低。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，還包括模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出端與所述壓控晶振的輸入端相連，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)用于根據(jù)所述溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電壓信號，提供模擬補(bǔ)償電壓給所述壓控晶振。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述非易失性存儲器為基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器。本發(fā)明的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器充分利用基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器在功耗、讀取速度、工藝成本方面的優(yōu)勢，使系統(tǒng)在不影響頻率穩(wěn)定度的同時，改善其他多方面性能。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是已有的基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝的非揮發(fā)性存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的第一實(shí)施例的原理框圖。圖3是本發(fā)明溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的第二實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。圖I所示為已有的基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝的非揮發(fā)性存儲單元結(jié)構(gòu)示意圖。利用一對容值一大一小的晶體管對控制讀出管的閾值電壓大小來達(dá)到數(shù)據(jù)存儲的目的。以寫入數(shù)據(jù)“ I ”為例，在Vp端加高編程電平7. 9V，在Vn端加低電平0V，此時由電容分壓原理，浮空節(jié)點(diǎn)的電壓值約為7. 5V，此時電容接法的Ct管將由于柵襯底間的高電壓而產(chǎn)生FN隧穿效應(yīng)，電子流入FG節(jié)點(diǎn)，從而讀出管Mread的閾值電壓絕對值減小，并且該點(diǎn)電荷在編程結(jié)束后仍然可以得到持續(xù)保存。寫入數(shù)據(jù)“0”時，在Vn端加高編程電平7. 9V，在Vp端加低電平0V，其過程與寫“I”相反，結(jié)果導(dǎo)致Mread閾值電壓絕對值增大。利用后端的讀取電路放大流過Mread電流的變化從而可以快速讀取出存儲單元所記錄的數(shù)據(jù),本發(fā)明正是使用此結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。圖2是本發(fā)明溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的第一實(shí)施例的原理框圖。如圖2所述，該振蕩器包括溫度傳感器10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器21、非易失性存儲器22、數(shù)模轉(zhuǎn)換器23和壓控晶振30組成。其中，溫度傳感器10感知環(huán)境溫度并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器21，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號作為非易失性存儲器22的地址信號訪問存儲單元，非易失性存儲器22中預(yù)先存儲溫度補(bǔ)償需要的數(shù)字電壓值，訪問得到的數(shù)字電壓值經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器23轉(zhuǎn)換成模擬電壓作為溫度補(bǔ)償電壓值送給壓控晶振30，從而實(shí)現(xiàn)晶體諧振器的溫度補(bǔ)償。圖3是本發(fā)明溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的第二實(shí)施例的原理框圖。如圖3所述，該振蕩器主要包括溫度傳感器10、數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)20、模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)40和壓控晶振30。其中，數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)20包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器21、非易失性存儲器22和數(shù)模轉(zhuǎn)換器23。系統(tǒng)工作時，溫度傳感器10感知環(huán)境溫度并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號同時送給數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)30和模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)40。數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)20將輸入電壓信號送入內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器21，模數(shù)轉(zhuǎn)換器21輸出的數(shù)字信號作為地址信號訪問非易失性存儲器22，該非易失性存儲器22存儲數(shù)字補(bǔ)償需要的電壓值，非易失性存儲器22的輸出經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器23轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，因此可見，數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)20輸出的電壓即為數(shù)字補(bǔ)償電壓。模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)40會根據(jù)需要產(chǎn)生模擬補(bǔ)償電壓，例如當(dāng)補(bǔ)償晶體諧振器是AT切型時，因?yàn)锳T切型晶體諧振器的頻差和溫度呈三次函數(shù)關(guān)系，那么模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生與溫度呈三次函數(shù)關(guān)系的電壓信號。在該實(shí)施例的模數(shù)混合補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)20輸出的數(shù)字補(bǔ)償電壓將和模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)40輸出的模擬補(bǔ)償電壓相加一同送給壓控晶振30作為晶振的補(bǔ)償電壓。在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，非易失性存儲器22采用基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器。由于高的頻率穩(wěn)定度一直是溫補(bǔ)晶振所追求的目標(biāo)，但是溫補(bǔ)晶振的小型化，低功耗，低成本也是作為產(chǎn)品不得不考慮的重要指標(biāo)，所以基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、工藝成本低的優(yōu)點(diǎn)。具體地，本發(fā)明使用的基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容，并且不需要EEPROM/flash所需要的浮柵器件，其單電源操作模式使應(yīng)用更方便。在溫度補(bǔ)償晶體振蕩器中引入基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器，替代常用的EEPRM/f lash，使系統(tǒng)在保持較高的頻率穩(wěn)定性和補(bǔ)償精度的同時，進(jìn)一步降低功耗、提高讀取速度以及降低成本。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，包括 溫度傳感器，所述溫度傳感器用于感知環(huán)境溫度并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，用于將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為非易失性存儲器的地址信號訪問存儲單元； 所述非易失性存儲器，所述非易失性存儲器的輸入端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述非易失性存儲器預(yù)先存儲有溫度補(bǔ)償需要的數(shù)字電壓值； 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述非易失性存儲器的輸出端，將所述非易失性存儲器輸出的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字補(bǔ)償電壓；以及 壓控晶振，所述壓控晶振的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，用于根據(jù)所述數(shù)字補(bǔ)償電壓調(diào)控輸出頻率的高低。
2.如權(quán)利要求2所述的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，還包括 模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端相連，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出端與所述壓控晶振的輸入端相連，所述模擬補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)用于根據(jù)所述溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電壓信號，提供模擬補(bǔ)償電壓給所述壓控晶振。
3.如權(quán)利要求I和2所述的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，其特征在于，所述非易失性存儲器為基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)的非易失性存儲器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，包括溫度傳感器，用于感知環(huán)境溫度并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將溫度傳感器的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為非易失性存儲器的地址信號訪問存儲單元；非易失性存儲器，非易失性存儲器的輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，非易失性存儲器預(yù)先存儲有溫度補(bǔ)償需要的數(shù)字電壓值；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與非易失性存儲器的輸出端，將非易失性存儲器輸出的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字補(bǔ)償電壓；以及壓控晶振，壓控晶振的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，用于根據(jù)數(shù)字補(bǔ)償電壓調(diào)控輸出頻率的高低。本發(fā)明具有穩(wěn)定度高、功耗低、讀取速度快，工藝成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03B5/04GK102983812SQ201210485098
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者潘立陽, 伍冬, 李樹龍, 王立業(yè) 申請人:清華大學(xué)