本發(fā)明涉及對振蕩器的與溫度相關的頻率漂移進行補償。

背景技術：

振蕩器在廣泛的系統(tǒng)中使用以提供可靠的參考頻率。不同的振蕩器設計提供不同程度的穩(wěn)定性，成本通常隨著穩(wěn)定性水平而增加。許多類型的振蕩器受到溫度依賴性和由老化引起的漂移的影響。這個問題對于晶體振蕩器來說特別嚴重。在一些振蕩器設計中，可以通過確定由振蕩器產(chǎn)生的(內(nèi)部)頻率和外部頻率參考之間的頻率偏移來管控(discipline)振蕩器。一些全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)接收機應用這種方法，利用一個或多個衛(wèi)星信號載波頻率作為外部頻率參考。為了操作的目的，典型的gnss接收機連續(xù)使用振蕩器。振蕩器輸出被用作穩(wěn)定頻率參考，穩(wěn)定頻率參考用于將gnss信號下變頻，并且用于生成將擴頻基帶信號“解擴(despread)”的本地碼副本。一些全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)接收機利用一個或多個衛(wèi)星信號載波頻率作為外部頻率參考，以測量和跟蹤頻率偏移，并在其內(nèi)部計算中允許這種偏移，但不管控振蕩器。其他gnss接收機管控振蕩器，即，它們使用頻率偏移來確定控制電壓并將其應用于晶體振蕩器電路，以針對溫度和老化效應加以調(diào)節(jié)。

然而，有時候外部頻率參考不可用；來自軌道衛(wèi)星的信號可能被阻擋或遭受臨時干擾。如果發(fā)生這種情況且當這種情況發(fā)生時，期望接收機進入“延續(xù)”(holdover)，在此期間接收機基于在先前(正常)操作周期期間收集的數(shù)據(jù)來嘗試維護經(jīng)補償?shù)恼袷幤黝l率。用于提供溫度補償?shù)母鞣N方案在現(xiàn)有技術中是已知的。

us4922212公開了一種依賴于預定的振蕩器溫度-頻率轉(zhuǎn)移曲線的振蕩器溫度效應補償方案。環(huán)境溫度由溫度傳感器來測量，并被用于評估轉(zhuǎn)移曲線和確定溫度補償電壓。使用適當?shù)闹祦硖幚砝匣?。us2002/0158693提供了一種在包括溫度在內(nèi)的物理參數(shù)的意義上預測振蕩頻率的機制。然后，在參考信號不可用的時間段期間使用該機制來調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)振蕩器控制電壓。

振蕩器的溫度特性通常對于各個振蕩器來說特定的。使用預定義的功能不太可能考慮單個振蕩器行為。us4746879描述了一種備選方法，其包括在初始設備校準期間創(chuàng)建和存儲將溫度映射到補償值的查找表。然而，雖然這種方法可能在某種程度上考慮了單個設備特性，但是它不能對設備老化進行補償。us5892408公開了一種相關方法。

更好的方法包括使用動態(tài)維護的查找表。us2006/0267703舉例說明了這種方法。通過以下方式來創(chuàng)建查找表：通過使用外部頻率參考來定期測量和記錄環(huán)境溫度和頻率偏移/補償值。當外部頻率參考不可用時，對所測量的環(huán)境溫度進行測量并將其用于從查找表中獲得頻率偏移或補償值。該方法的優(yōu)點在于：由于動態(tài)更新查找表，所以固有地補償了老化效應。

us5392005使用存儲的補償值并且通過提供一種機制來解決晶體振蕩器的老化問題，借助該機制，當振蕩器頻率已經(jīng)從參考信號漂移超過指定公差時，通過使用參考信號來調(diào)節(jié)溫度補償因子。

使用將溫度映射到偏移頻率或補償值的動態(tài)更新的查找表提供了一種針對依賴溫度的變化和老化的效應來補償本地晶體振蕩器或其輸出的有效機制。然而，現(xiàn)有技術方法需要收集和存儲相對大量的數(shù)據(jù)，以便能夠在足夠?qū)挼目赡懿僮鳒囟确秶喜⑶以谧銐虻臏囟确直媛氏逻M行補償。特別是在移動接收機的情況下，存儲器要求導致了顯著的成本和“不動產(chǎn)”開銷。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種對振蕩器的與溫度相關的頻率漂移進行補償?shù)姆椒?。該方法包括使用外部參考頻率信號來導出在工作溫度范圍上的振蕩器補償數(shù)據(jù)，將振蕩器補償數(shù)據(jù)存儲在第一表中，以及針對給定工作溫度，使用第一表以獲得相應的振蕩器補償數(shù)據(jù)并應用該數(shù)據(jù)以提供對與溫度相關的頻率漂移的補償。

該方法還包括針對工作溫度范圍來定義一系列溫度槽，每個溫度槽被細分為一系列溫度倉。使用外部參考頻率信號來導出在工作溫度范圍上的振蕩器補償數(shù)據(jù)的步驟包括：

a)測量工作溫度，并且使用外部參考頻率信號來確定當工作溫度變化時的各個溫度的振蕩器補償值；

b)在第二表的相應的溫度倉中累積所確定的振蕩器補償值；

c)每隔隔開的時間段，使用在所述第二表的溫度倉中累積的數(shù)據(jù)來確定或更新針對所述第一表中的一個或多個槽所存儲的振蕩器補償數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的至少某些實施例提供了對限制或減少存儲器需求的問題的解決方案。這通過僅在整個工作范圍的相對小的區(qū)域上允許動態(tài)數(shù)據(jù)收集來實現(xiàn)。

應用振蕩器補償數(shù)據(jù)以提供對與溫度相關的頻率漂移的補償?shù)牟襟E可以包括根據(jù)當前溫度對振蕩器應用振蕩器補償數(shù)據(jù)，以便管控所述振蕩器，從而獲得經(jīng)過溫度補償?shù)恼袷幤黝l率。

應用振蕩器補償數(shù)據(jù)以提供對溫度相關頻率漂移的補償?shù)牟襟E可以包括將振蕩器補償數(shù)據(jù)應用于將振蕩器輸出的頻率用作輸入的處理操作，其中所述振蕩器作為非管控振蕩器工作。

該方法還可以包括在第二表中僅保留與以下各項相關聯(lián)的數(shù)據(jù)：

當前溫度槽內(nèi)的溫度倉，其中當前溫度槽包含當前溫度；以及

與和所述當前溫度槽相繼的一個或多個溫度槽相關聯(lián)的溫度倉，

其數(shù)據(jù)被保留的溫度槽的總數(shù)小于溫度槽的總數(shù)。所述相繼槽或每個相繼槽可以是與當前溫度槽相鄰的槽。

在上述方法中，步驟b)可以包括：針對每個值，將所述值加到在第二表中存儲的倉的和，并遞增倉的計數(shù)。

該方法可以包括維護位于中間的第三表，其中步驟c)包括：每隔所述隔開的時間段，使用在第二表的溫度倉中累積的數(shù)據(jù)來確定或更新針對第三表中的相應槽所存儲的數(shù)據(jù)，并使用第三表中的數(shù)據(jù)來填充第一表。使用在第二表的溫度倉中累積的數(shù)據(jù)來確定或更新針對第三表中的相應槽所存儲的數(shù)據(jù)的步驟可以包括：針對每個槽，確定或更新針對該槽的倉中的數(shù)據(jù)的線性擬合的參數(shù)，并將所述參數(shù)存儲在第三表中。這些參數(shù)可以是針對槽的給定溫度的振蕩器補償值和變化率值。更新所述參數(shù)的步驟可以包括：針對每個槽，將當前存儲的參數(shù)與相應的新確定的參數(shù)組合。

該方法還可以包括：針對每個槽，在第三表中存儲每個參數(shù)的方差值，并且所述組合步驟考慮相關聯(lián)的方差值。使用第三表中的數(shù)據(jù)來填充第一表的步驟可以包括：調(diào)節(jié)每個槽的參數(shù)，以便使線性擬合在槽邊界處對齊。

使用第一表來獲得相應的振蕩器補償數(shù)據(jù)的步驟可以包括：對第一表中的數(shù)據(jù)進行內(nèi)插，以獲得當前工作溫度的振蕩器補償值。

如果確定針對該槽所累積的值的總數(shù)超過預定閾值并且確定針對該槽中的倉的總數(shù)的至少預定義比例的倉累積了值，則可以針對給定溫度槽來執(zhí)行步驟c)。如果針對給定槽不同時滿足這兩個條件，則可以識別最大的倉和，并且確定該最大的和是否超過預定義閾值，如是，則用大于1的因子來縮小所述槽的所有倉和及計數(shù)值，如否，則所述槽的倉和及計數(shù)值保持不變。

在a)，使用外部參考頻率信號來確定振蕩器補償值的步驟可以包括以下之一：

將所述外部參考頻率信號與所述振蕩器的輸出或根據(jù)所述振蕩器導出的輸出混頻以確定頻率差；

在與所述振蕩器的輸出或與根據(jù)所述振蕩器導出的輸出在諧波意義上相關的信號的周期期間對所述參考頻率信號的周期進行計數(shù)；或

每隔隔開的時間間隔來測量所述外部參考頻率信號與所述振蕩器的輸出或根據(jù)所述振蕩器導出的輸出之間的相位差。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種操作全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)gnss接收機的方法，所述gnss接收機具有振蕩器和用于接收提供外部參考頻率信號的至少一個gnss無線電信號的接收機，所述方法包括使用上述方法以便管控振蕩器。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種裝置，包括：

振蕩器；

接收機，被配置為接收外部參考頻率信號；

物理存儲器；

溫度傳感器；以及

處理電路，被配置為使用所述外部參考頻率信號來導出在工作溫度范圍上的振蕩器補償數(shù)據(jù)，將所述振蕩器補償數(shù)據(jù)存儲在所述物理存儲器內(nèi)的第一表中，以及針對給定工作溫度，使用所述第一表以獲得相應的振蕩器補償數(shù)據(jù)并應用該數(shù)據(jù)以提供對與溫度相關的頻率漂移的補償。

所述裝置被配置為使得所述處理器針對所述工作溫度范圍定義一系列溫度槽，每個溫度槽被細分成一系列溫度倉，并且所述處理器被配置為使用外部參考頻率信號，以通過以下方式來導出在工作溫度范圍上的振蕩器補償數(shù)據(jù)：

a)測量工作溫度，并且使用外部參考頻率信號來確定當工作溫度變化時的各個溫度的振蕩器補償值；

b)在所述物理存儲器內(nèi)的第二表的相應的溫度倉中累積所確定的振蕩器補償值；以及

c)每隔隔開的時間段，使用在所述第二表的溫度倉中累積的數(shù)據(jù)來確定或更新針對所述第一表中的一個或多個槽所存儲的振蕩器補償數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種包括本發(fā)明第三方面的裝置在內(nèi)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機。

附圖說明

圖1示意性地示出了用于測量振蕩器的輸出信號和參考信號之間的頻率差的裝置；

圖2示意性地示出了gnss接收機實現(xiàn)；

圖3示意性地示出了根據(jù)實施例的精細表和粗略表之間的關系；

圖4是圖3的粗略表的內(nèi)容的圖示；

圖5是根據(jù)實施例的補償表的圖示；

圖6是給出根據(jù)實施例的方法的概覽的流程圖；

圖7示意性地示出了用于確定參考頻率信號的頻率和由振蕩器產(chǎn)生的信號的頻率之間的偏移的備選系統(tǒng)；以及

圖8示意性地示出了用于確定參考頻率信號的頻率和由振蕩器產(chǎn)生的信號的頻率之間的偏移的另一備選方案。

具體實施方式

現(xiàn)在將描述一種可以實現(xiàn)振蕩器(例如用于在gnss接收機內(nèi)提供頻率參考的振蕩器)的溫度補償?shù)姆椒ê脱b置。該方法和裝置依賴于提供溫度和振蕩器控制值之間的映射的補償查找表。根據(jù)某些實施例，這些振蕩器控制值對應于要向振蕩器(電路)施加以便消除相對于頻率參考信號的頻率偏移的(例如數(shù)字)補償電壓。這種電壓有時被稱為“零控制電壓”，并且(數(shù)字)控制值可以被稱為“零控制值”。

圖1是用于提供振蕩器1的控制以便使振蕩器1的輸出和接收信號2的頻率(“參考頻率”)之間的頻率差最小化的裝置的示意圖。來自振蕩器的信號和接收信號2被饋送到混頻器3中，并且使用低通濾波器4對結(jié)果進行濾波。產(chǎn)生的差信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換器5數(shù)字化并傳遞到處理器6。在處理器上運行的軟件(例如實現(xiàn)快速傅立葉變換(fft))估計參考頻率和振蕩器頻率之間的頻率偏移?；谠摴烙嫞浯_定控制值并將該控制值傳遞到數(shù)模轉(zhuǎn)換器7。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出是零控制電壓(或者某偏移電壓)。該裝置一直工作(包括外部參考信號可用時的正常操作期間和參考信號不可用時的延續(xù)時段期間)，以向振蕩器1提供零控制電壓。在正常操作期間，裝置基本上作為鎖頻環(huán)工作，迫使差頻(或誤差)為零，使得振蕩器輸出基本等于外部參考的穩(wěn)定頻率的穩(wěn)定頻率。

提供溫度傳感器8用于記錄振蕩器的環(huán)境溫度。因此，優(yōu)選地，傳感器8接近振蕩器1。每隔周期間隔，當裝置正常工作時，即當參考頻率可用時，記錄零控制值(即產(chǎn)生正確振蕩器頻率所需的控制值)和當前溫度。該數(shù)據(jù)進而用于更新物理存儲器9a中存儲的補償表9。在延續(xù)時段期間，當參考頻率不可用時，通過使用當前溫度作為針對補償表的查找，來獲得要提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器7的控制值。該表向處理器返回適當?shù)目刂浦担M而該處理器將控制值提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器7。因此，即使當參考頻率不可用時也實現(xiàn)了溫度補償。在延續(xù)期間，處理器6可以在溫度變化超過某個預定量時刷新控制值。

在其它實施例中，可以將參考頻率與基于振蕩器頻率的合成頻率進行比較，其中，合成頻率是被鎖相到振蕩器頻率的較高頻率信號。合成信號將具有振蕩器頻率的整數(shù)倍或振蕩器頻率的整數(shù)比(integerratio)的頻率。還要注意，可以采用任何形式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)，包括不同于單片dac芯片的具有濾波器的脈沖寬度調(diào)制器(pwm)。最后，元件可以在硅的級別上集成到單個單片芯片中。

gnss接收機并入了用于管控振蕩器所需的所有元件。gnss信號本身是精確的頻率參考，但復雜之處在于，由于衛(wèi)星和接收機運動，它們的頻率受到多普勒頻移的影響。然而，gnss接收機計算其自身速度，并基于軌道方程來計算衛(wèi)星速度。因此，接收機可以并且通常非常精確地計算期望的信號多普勒偏移。

圖2是具有超外差(super-heterodyne)架構(gòu)的示例性gnss接收機的示意圖。gnss前端的超外差架構(gòu)通常將具有至少兩個本地振蕩器信號，但更多也是可能的。圖2中示出了源自振蕩器11和鎖相合成器12的兩個本地振蕩器信號lo1和lo2。衛(wèi)星信號10被接收并通過第一濾波器13和放大器14傳遞。然后，將結(jié)果輸入到第一混頻器15中，在此將其與第一本地振蕩器信號17混頻，并且將結(jié)果通過第二濾波器16傳遞，以產(chǎn)生中頻的下變頻信號。用接收第二本地振蕩器信號20的第二混頻器18和第三濾波器19重復該過程，以產(chǎn)生低頻的下變頻信號。最終的低頻信號包含為了獲得位置數(shù)據(jù)而必須恢復的信息。這通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器21對信號進行數(shù)字化以及使用處理器22處理經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)來執(zhí)行。該處理可以包括：在數(shù)字域中將低頻信號下變頻到基帶。

應當理解，在處理器22內(nèi)，可以使數(shù)據(jù)可用于生成振蕩器控制值。例如，將低頻信號轉(zhuǎn)換為基帶將產(chǎn)生在振蕩器頻率漂移時的非零頻率信號。該信號基本就是上面參考圖1描述的差信號。處理器使用該差信號來如上所述確定所需控制值，并且經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器23將其傳回振蕩器。如前所述，根據(jù)周期性測量的溫度和相應的控制值產(chǎn)生補償表24。

盡管圖1和圖2僅示出了“最終”補償表，但是該表中包含的數(shù)據(jù)是通過“精細”表和“粗略”表來獲得的。現(xiàn)在將描述該過程。

裝置的工作溫度范圍被分成一定數(shù)量的大小相同(例如2攝氏度)的鄰接的溫度槽(slot)。精細表中的每個槽進一步被細分成一定數(shù)量的鄰接的溫度“倉”(bin)，同樣，每個倉大小相同。作為示例，每個槽可以被分為十六個倉。存儲精細表數(shù)據(jù)的物理存儲器(可以是物理存儲器9a的一部分)被分為倉位置，而存儲粗略表的物理存儲器(同樣可能是物理存儲器9a的一部分)被分為槽位置。例如，可以通過溫度和存儲器地址之間的映射將溫度映射到槽和倉。

圖3示出了根據(jù)實施例的精細表25和粗略表26之間的關系。精細表包括多個倉27，且粗略表包括多個槽28。槽28b對應于當前溫度。精細表包括足夠的倉，以記錄跨三個粗略表槽的測量。由于每個槽有16個倉，精細表一共包含48個倉。精細表中具有十六個倉的中心塊30與對應于粗略表中的當前溫度的槽28b相關聯(lián)。精細表中另外的倉31、32的塊與當前溫度的槽28b任一側(cè)上的相應槽28a、28c相關聯(lián)。

在正常操作期間，處理器周期性地獲得溫度和計算出的零控制值對。在每個(時間上的)收集點，將控制值與在溫度精細表的倉中保持的(所確定的控制值的)總和相加。在倉中維護的計數(shù)也遞增，使得該計數(shù)指示被并入到總和中的控制值的數(shù)量。為了避免倉的總和溢出，如果該倉的總和超過閾值，將總和和計數(shù)除以一整數(shù)因子，例如4。該縮放不影響通過將總和除以計數(shù)所獲得的平均值(見下文)，因為二者都除以相同的因子。然而，這有效地為被合計到倉中的新值賦予了更高的權重。其優(yōu)點是，由于老化可以在累積過程期間發(fā)生，較新的值可以更好地反映振蕩器的當前狀態(tài)。

精細表的四十八個倉一起形成“滑動窗”，該“滑動窗”以十六個倉或者一個槽為增量移動，以便跟蹤當前溫度。再次參考圖3，如果當前溫度移動到槽28a中，則將精細表25的倉重新分配向左的一個槽。類似地，如果當前溫度沿相反方向移動，即槽28c，則將精細表25的倉重新分配向右的一個槽。將窗口所不再包含的槽的倉內(nèi)包含的數(shù)據(jù)丟棄或覆蓋。這種方法最小化了在倉中存儲的數(shù)據(jù)量，因為不需要在整個工作范圍上維護倉和相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。然而，其維護相對較小的溫度范圍內(nèi)的倉和數(shù)據(jù)，該相對較小的溫度范圍可能覆蓋了在短暫的延續(xù)時段期間可能發(fā)生的溫度變化，例如，在本示例中，當前溫度的任一側(cè)的2～3度。該方法還允許對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，如下面將進一步描述的。當然，本領域技術人員將理解，精細倉的其它布置是可能的，例如，維護多于三個槽的倉或甚至維護所有槽的倉。本發(fā)明不限于精細表和粗略表的任何一種布置。

在精細表的倉存儲中的數(shù)據(jù)以離散時間間隔來處理，例如周期性地，比如每1分鐘，以便生成用于填充和更新粗略表26的數(shù)據(jù)。然而，該(周期性)處理操作中的初始步驟可以是：針對被精細表的倉所覆蓋的每個槽，檢查已經(jīng)收集了足夠的數(shù)據(jù)。一個實施例要求精細表針對每個槽記錄該槽中的所有倉的總和值(稱為m)。該值是倉的所有計數(shù)之和。進一步處理和傳送數(shù)據(jù)的標準是：總和m超過預定義閾值。在備選實施例中，僅在給定槽的預定義比例的倉被占用(例如大于50％)的情況下才處理該給定槽的倉的數(shù)據(jù)。在另一實施例中，在處理給定槽的數(shù)據(jù)之前必須同時滿足這兩個規(guī)則，即，總和m必須超過預定義的閾值，且被占用的倉的比例必須超過預定義比例。當然，本領域技術人員將理解，可以應用其他規(guī)則來確定是否可以對槽的數(shù)據(jù)進行處理。在任何情況下，如果滿足規(guī)則，則繼續(xù)對該槽的數(shù)據(jù)進行處理，否則恢復針對該槽的倉的數(shù)據(jù)收集。

假設滿足規(guī)則，對于槽的數(shù)據(jù)進行如下處理，其目的是：用控制值和溫度之間的關系來填充與精細表的當前“活動”倉相對應的粗略表的每個槽。在該示例中，關系是由“y截距”(參數(shù)a表示在給定溫度下的控制值)和斜率(參數(shù)b)定義的線性關系。在該方法中，“y截距”對應于在溫度槽的下界處的控制值。在一個實施例中，使用最小二乘回歸法來確定參數(shù)a和b。在下面的說明性示例中，槽j的下界值和斜率分別表示為aj和bj。本領域技術人員將理解，參數(shù)a不一定表示下界值，而是可以是槽內(nèi)的任何其他已知位置。

為了估計給定槽j的a和b參數(shù)，計算控制值(c)和溫度(t)的平均值。使用下式計算補償值的平均值

其中，(∑c)i是第i個被占據(jù)的倉中的控制值之和，且n是槽j中的倉的總數(shù)。使用下式計算槽中的平均溫度：

其中，ki是第i個被占據(jù)的倉中的計數(shù)，且ti是對應于第i個被占據(jù)的倉的溫度。

接下來，使用以下樣本方差的公式來計算溫度的方差：

[注意，可以使用項m來替代等式(3)的分母中的項m-1。]

然后，使用標準最小二乘回歸公式估計斜率：

然后，使用該標準公式和斜率的估計值來估計槽的下界值a：

在實施例中，使用ci的方差是常數(shù)且等于單位值(unity)的假設來確定給定槽j的a和b的方差。因此，分別由等式6和7來確定a和b的方差。

在備選實施例中，對ci的各個方差進行估計。在另一實施例中，針對方差使用任意縮放因子。[由于方差僅在更新期間用于將新計算的值相對于表中存儲的a和b的值進行加權，所以只需要縮放是一致的即可，而不需要縮放給出它們的物理意義。]

一旦處理完成，將斜率bj和下界值aj值輸入到粗略表的槽j中。如果特定槽的條目為空，則針對該槽將新計算的值直接插入。如果槽已包含數(shù)據(jù)，則通過對舊值和新值應用加權以生成更新值，來更新現(xiàn)有數(shù)據(jù)。在實施例中，如下應用加權：

aj＝ajold+gain(ajnew-ajold)(8)

其中，aj是槽j的控制值的更新值，ajold是更新之前的槽j的控制值的值，并且ajnew是針對槽j的補償值來估計的值。

在實施例中，如下確定增益(gain)：

其中，是與更新之前的槽j的零控制值的值相關聯(lián)的方差，且是與針對槽j的控制值來估計的值相關聯(lián)的方差。

在實施例中，可以使用類似的方法來更新參數(shù)b的值。

針對等式(9)中的增益所計算的值取決于a的舊值和新值的相對方差。當前測量的相對較低的方差，也即新值的相對較高的精度，意味著更大的權重被分配給新值。同樣，如果舊值的方差較低，則賦予該值更大的權重。

本領域技術人員將理解，還有提供增益的值的其他方式。例如，可以使用固定的增益值，或者可以使用與自上次更新以來經(jīng)過的時間相關的增益。在后一種情況下，如果粗略表中的任何特定槽的更新之間經(jīng)過了長時間，則希望等式(9)的增益應反映這一點。在實施例中，如果控制值的方差被更新以反映從自上次更新開始的老化所導致的潛在的補償值偏移，則可以實現(xiàn)這一點。

在實施例中，在槽更新之前，調(diào)節(jié)粗略表中的控制值的方差，以允許從上次更新開始的老化所導致的方差的增加。這通常僅在從上次更新槽開始所經(jīng)過的時間超過閾值的情況下才進行。該閾值和用于更新槽中的方差的公式將取決于所采用的振蕩器類型的老化特性。對于變化率參數(shù)bj的方差，不進行這種調(diào)節(jié)，因為老化主要引起控制值特性的垂直偏移。

在更新之后，粗略表包含每個槽的參數(shù)a和b以及相應的方差。圖4圖示了粗略表的參數(shù)a和b。其示出了圖3所示的粗略表26的若干槽44和針對槽計算的參數(shù)a45和參數(shù)b46。粗略表不直接用于補償振蕩器(盡管在備選實施例中可能如此)。相反，每當其被更新時，以及在上電時從非易失性存儲器恢復時，其用于填充上述補償表。補償表與粗略表具有相同的形式，除了補償表不包括方差之外。

為了克服例如根據(jù)圖4明顯可見的不連續(xù)性問題，對粗略表數(shù)據(jù)應用平滑或濾波處理。在實施例中，對表進行平滑的處理包括對值進行調(diào)節(jié)，以考慮相鄰槽中的那些值，并且該過濾處理提高了表的準確度。在實施例中，這通過獲取多個槽的a和b參數(shù)的值的加權平均來完成。在實施例中，應用以下步驟來調(diào)節(jié)參數(shù)a：

在實施例中，參數(shù)b被如下平滑：

本領域技術人員將理解還可以使用其他平滑技術。例如，參數(shù)a可以被如下平滑：

備選地，可以在更多槽上進行加權平均，例如五個槽(考慮到當前溫度槽的每一側(cè)的兩個槽)。本發(fā)明不限于任何一種平滑數(shù)據(jù)的方法。

圖5是根據(jù)實施例的平滑處理的結(jié)果的示例的圖示。對于每個槽48，示出了未經(jīng)平滑的線49和平滑后的線50。在實施例中，在填充補償表中的所有槽之前，可以通過對相鄰槽的數(shù)據(jù)進行內(nèi)插來填充空槽。應當理解，用精確的變化率估計來填充補償表有助于比原來使用相對粗略的查找表所可能得到的精確得多的內(nèi)插值和外插值。

圖6是給出根據(jù)實施例的構(gòu)建補償表的方法的概覽的流程圖。在步驟s1，獲得參考信號的頻率和振蕩器信號的頻率之間的差或偏移。在步驟s2，測量振蕩器的當前環(huán)境溫度。使用控制環(huán)路，這允許s3確定零控制值(將所確定的值應用于振蕩器電路，以便將其頻率朝向參考信號的頻率加以驅(qū)動)。然后，在步驟s4，更新精細表中與振蕩器的當前溫度相對應的倉。這包括將所確定的零控制值累加到(倉)的和。在步驟s5還遞增倉的計數(shù)。

在步驟s6，確定是否滿足用于更新對應槽(與更新的倉相關聯(lián))的標準。如果不滿足標準，則根據(jù)步驟s1和s2來收集對頻率差(連同溫度)的更多測量。另一方面，如果滿足標準，則在步驟s7，確定槽的截距a和斜率b(考慮相應的方差)，并且更新粗略表的槽數(shù)據(jù)。在步驟s8，對在粗略表中更新后的槽數(shù)據(jù)進行平滑，以提供對補償表的槽數(shù)據(jù)的更新。處理返回到步驟s1。

如已經(jīng)指出的，在正常操作時段期間，即當參考頻率可用時，應用閉環(huán)處理(圖1)以使振蕩器頻率和參考頻率之間的差最小化。然而，當接收機進入延續(xù)狀態(tài)時，必須使用補償(查找)表基于當前測量溫度來確定零控制值。這包括：首先確定就在“延續(xù)”開始之前的時間間隔中的實際(所應用的)零控制值的平均值。使用該在先時間間隔的溫度的平均值，根據(jù)補償表中的數(shù)據(jù)對零控制值進行內(nèi)插。為此，在存儲器中維護最近測量的溫度和確定的零控制值。確定這兩個零控制值之間的差。此后，在延續(xù)期間，通過將該差(作為校正)累加到使用當前溫度通過補償表中的數(shù)據(jù)的內(nèi)插而獲得的零控制值，來估計要應用的零控制值。在延續(xù)期間，隨著溫度變化而刷新該值。

已知老化主要通過在整個頻率范圍上的頻率偏移來影響頻率對溫度的特性。假設控制特性在小變化上呈線性，這意味著老化導致控制值的偏移。因此，上述校正是對從構(gòu)造粗略表開始的老化的模型(保持在補償表中)進行校正所需的偏移的估計。

在上電時，當沒有數(shù)據(jù)可用于前面緊鄰的時間段時，接收機可以使用補償表通過簡單地對表進行內(nèi)插來確定控制值。所得到的控制值未考慮到(從創(chuàng)建補償表開始的)振蕩器老化，但是是可用的最佳估計。

在上述實施例中，參見例如圖1和圖2，通過將振蕩器的輸出與參考信號直接或間接混頻來導出頻率差(偏移)。然而，當然可以使用其他方法來獲得頻率差。圖7示出了在數(shù)字域中執(zhí)行頻率比較的方法。這包括對在與要比較的頻率在諧波意義上相關的信號的一個周期內(nèi)的參考頻率的周期進行計數(shù)。

在圖中，希望估計振蕩器101產(chǎn)生的信號相對于參考頻率信號的頻率。來自振蕩器的頻率為f的時鐘信號被施加到數(shù)字分頻器102，產(chǎn)生頻率為f/n的輸出頻率103。其結(jié)果是，計數(shù)器104在分頻器的輸出信號的幾乎整個周期上對參考頻率周期進行計數(shù)，產(chǎn)生計數(shù)m。由此，參考頻率和振蕩器頻率之間的關系可以估計為：可以每n/f秒進行一次這樣的估計，其中f具有單位hz，并且估計的分辨率是：因此，可以增加n，以更新率為代價來提高分辨率，反之亦然。

ep2871494中描述的另一種方法是測量振蕩器信號和參考信號之間間隔t秒的兩次測量之間的相位差θ。存在使用數(shù)字或模擬電路來測量相位差的各種方式。如果頻率差小于1/thz，則振蕩器頻率(以hz為單位)可以估計為如果頻率差大于1/thz但小于2/thz，則頻率可以估計為或依次類推。同樣，分辨率取決于t和相位估計的精度，但是針對同一時段，該方法可以產(chǎn)生比上文結(jié)合圖7描述的分頻器-計數(shù)器方法更精確的測量。

圖8示出了這種方法，在內(nèi)部48mhz時鐘的每個周期上，處理器的通用輸入/輸出引腳(gpio)處對來自外部26mhz振蕩器的信號進行采樣。幾乎針對任何兩個頻率都可以設計類似的方案。在所示示例中，該圖示出了48mhz內(nèi)部采樣時鐘和26mhz外部時鐘之間的相位的進展。這是每24個時鐘周期重復一次的模式。不管相位在哪個特定時間點，二十四個時鐘周期之后的相位將是相同的。

“采樣”線表示在任何特定采樣時鐘周期上通過讀取gpio引腳所測量的內(nèi)容。向gpio引腳饋送26mhz時鐘。因為該模式每24個時鐘周期重復一次，所以可以通過在“x+(24*n)”個時鐘周期后讀取引腳來測量任何特定步驟x處的采樣，其中n為任意整數(shù)。

從采樣0起的可能的最小相位步長是采樣13(+15度)或采樣11(-15度)。如果要每13個時鐘周期進行一次測量，則每次測量將相對于前一次測量在相位方面向前移動15度。所得采樣將是：

11111111111000000000000111111111111000000000000111111111111.....

在每12次采樣之后，將測量到輸出上的轉(zhuǎn)變，因為時鐘之問的相位已偏移180度(十二個具有十三個時鐘周期的塊)。為了確定特定相位，每13個時鐘周期執(zhí)行采樣，直到觀察到從0到1的轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。在這一點上，信號之間的相位最接近0度。

由于亞穩(wěn)定性(或就由于時鐘之間的相位噪聲)，在最接近轉(zhuǎn)換的采樣上該轉(zhuǎn)換可能有誤差。亞穩(wěn)態(tài)不太可能傳播，因為下一次測量在十三個時鐘周期之后發(fā)生，這時它應該已經(jīng)穩(wěn)定下來。因此，這種測量相位的技術具有15度的潛在誤差，這是約1.6ns的相位測量誤差。如果每十一個時鐘周期采樣一次，則相位每次也將偏移15度，但是方向相反。

使用此信息，可以使用以下算法來求解相位：

循環(huán)：

如果[inputgpio]為“低”，則在13個時鐘周期后重復循環(huán)。

如果[inputgpio]為“高”：

如果上一次循環(huán)測量到“低”，則退出-相位當前在0和15度之間。

否則，如果[上一次循環(huán)測量到“高”]，則在11個時鐘周期后重復循環(huán)。

在該循環(huán)結(jié)束時，相位將在0和15度之間，如果相位噪聲導致亞穩(wěn)態(tài)事件，則相位將加上或減去15度。此時，讀取以時鐘周期為單位的當前時間、和上一個時鐘的時間，以及所記錄的兩個值之間的差。

該方案還可以用于通過管控外部振蕩器實現(xiàn)所需的相位來設置內(nèi)部時鐘和外部振蕩器信號之間的特定所需相位。如果需要除0度之外的特定相位，則可以通過針對想要的每個15度相位提前將該差值加上13來設置該特定相位。

可以如何將這種方案與溫度補償結(jié)合使用的示例如下。gnss接收機可以被設計為如前所述的參考gnss信號來管控其振蕩器。在gnss信號延續(xù)期間，接收機可以如上所述使用溫度補償方案來維護其頻率。此外，它可以使用內(nèi)部振蕩器信號或者使用具有利用合成器根據(jù)內(nèi)部振蕩器導出的不同頻率的時鐘對gpio引腳上的來自外部振蕩器的信號進行采樣。在后一種情況下，采樣時鐘的穩(wěn)定性將等于內(nèi)部振蕩器信號(采樣時鐘被合成器鎖相到該內(nèi)部振蕩器信號)的穩(wěn)定性。現(xiàn)在，通過上面討論的手段，可以參考采樣時鐘來估計外部振蕩器的頻率，該采樣時鐘的頻率與相對于gnss信號被管控的內(nèi)部振蕩器頻率的頻率精確相關。

在另一個實施例中，可以以這種方式測量利用合成器根據(jù)外部振蕩器信號導出的信號(外部時鐘)的頻率。

當然，內(nèi)部振蕩器不必被管控?？梢院唵蔚貐⒖糶nss信號來跟蹤其相對于標稱值的偏移，并且還可以通過考慮內(nèi)部振蕩器頻率的偏移，參考gnss信號來估計外部振蕩器的頻率。

在進一步的增強中，可以管控外部振蕩器以實現(xiàn)所需的頻率。

在備選的增強中，可以管控外部振蕩器以實現(xiàn)外部時鐘相對于采樣時鐘的所需相移。這可能在采樣時鐘還用于生成定時脈沖(該定時脈沖要由外部時鐘所計時(clocked)的外部電路鎖存)的情況下是有用的。通過維護所需的相位偏移，外部振蕩器的頻率也保持得極度穩(wěn)定。

本領域技術人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以對上述實施例作出各種修改。