الشمس جينغ ياو، ويو لى سويمي

(بتوقيت بكين رجل الأساسية والتكنولوجيا المحدودة، بكين 100076)

لFPGA الدوائر الرقمية نموذجية، المعالجات وميكروكنترولر تحتاج لتوفير إشارة على مدار الساعة دقيقة. تردد دائرة التذبذب يولد إشارة على مدار الساعة من قبل عوامل الشيخوخة، والضوضاء، ودرجة الحرارة وما شابه ذلك. في مجال الاتصالات والملاحة والرادار والراديو والأقمار الصناعية، فمن الضروري لتوليد إشارة على مدار الساعة هو غير حساس لدرجة الحرارة. يصف طريقة لتطبيق الدوائر تعويض التحكم في درجة الحرارة RTC مذبذب، المتعاقبة تقريب التناظرية إلى المحول الرقمي في الوقت الحقيقي درجة الحرارة SAR ADC الكشف من قبل الدائرة لقياس درجة الحرارة، وبالتزامن مع EEPROM الشوكة الرنانة النتائج خصائص الكريستال اختبار، وتعديل التذبذب تحميل الدائرة السعة ويمكن إجراء الحجم في تردد مذبذب يغير -40 ~ + 85 درجة حرارة تتراوح من 5 فقط 10-6.

درجة الحرارة الرقمية تعويض مذبذب الكريستال، دائرة التعويض درجة الحرارة، على مدار الساعة في الوقت الحقيقي؛ تقريب التناظرية المتعاقبة إلى المحول الرقمي؛ درجة حرارة دائرة القياس؛ ضبط وضوح الشمس شوكة

CLC: TN402

كود الوثيقة: A

DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.01.020

شكل الاقتباس الصيني: ياو جينغ الشمس، يو هو، وتطبيق أكسويمي ان RTC لدرجة الحرارة الرقمية مدفوع الأجر مذبذب الكريستال التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (1): 77-80.

الإنجليزية شكل الاقتباس: الشمس Jingyao، ويو لى سويمي. درجة حرارة تعويض الرقمي مذبذب الكريستال التطبيق على مدار الساعة في الوقت الحقيقي .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (1): 77-80.

0 مقدمة

الرقمية تصميم الدوائر المتكاملة يتطلب إشارة على مدار الساعة، مع تطوير الدوائر المتكاملة، ومتطلبات الدقة والاستقرار في إشارة على مدار الساعة آخذ في الازدياد. إشارة ساعة الناتجة عن دائرة التذبذب، مذبذب RC التقليدية لا يمكن أن تلبي احتياجات التنمية الحديثة للدوائر المتكاملة، ومذبذب الكريستال الكوارتز مع عامل جودة عالية Q، إشارة على مدار الساعة هو أقل تأثرا السعة الحمل على انتاجها، وعوامل أخرى، حتى لعقود تستخدم على نطاق واسع في مجال منتجات التكنولوجيا الفائقة الرقمية، والأجهزة الذكية، والتكنولوجيا الحيوية، ونظام التحكم الصغيرة. ينقسم الكوارتز مذبذب الكريستال في مذبذب الكريستال العادي (PXO)، والجهد تسيطر مذبذب الكريستال (VCXO)، مذبذب درجة الحرارة تعويض الكريستال (TCXO)، والدقة في درجة الحرارة التي تسيطر عليها مذبذب كريستال (OCXO) والمرحلة منخفضة الضوضاء وضوح الشمس مذبذب < 1>. حيث ينقسم درجة الحرارة تعويض مذبذب الكريستال في ATCXO التناظرية درجة الحرارة تعويض مذبذب الكريستال ودرجة حرارة تعويض الرقمي مذبذب الكريستال DTCXO. يتم توجيه هذه المادة إلى درجة حرارة تعويض مذبذب الكريستال الرقمية لتطبيق RTC DTCXO.

A درجة الحرارة الرقمية الكريستال تعويض مذبذب DTCXO

درجة الحرارة الرقمية تعويض مذبذب الكريستال DTCXO أساسا من A / D، D / A تحويل وذاكرة تنفيذها، ومبدأ هو مبين في الشكل 1. . وهو يعمل على النحو التالي: جهاز استشعار درجة الحرارة استشعار التغيرات في درجات الحرارة المحيطة، وA / D تحويل المتحولين إشارة التناظرية إلى إشارة رقمية درجة الحرارة إلى PROM درجة الحرارة، PROM يخزن صيغة حسابية المقابلة لقيمة درجة الحرارة من الصمام الثنائي varactor و الكريستال مطابقة لتحقيق الاستقرار وتيرة الانتاج، لضمان دقة واستقرار وتيرة الانتاج.

توضح هذه المقالة درجة حرارة تعويض الكريستال الرقمية مذبذب DTCXO فوق بنية تقوم على تشويه، أي varactor مكثف مجموعة إلى التحكم الرقمي، نتيجة PROM حساب يتحكم مباشرة في مجموعة تبديل مكثف، وضبط حجم السعة في سلسلة مع مذبذب، والإخراج لتحقيق الاستقرار وظيفة من التردد، كما هو موضح في الشكل (2).

حيث درجة الحرارة في دائرة حساسة درجة الحرارة باستخدام الدوائر ذات فجوة الحزمة، A / D تحويل باستخدام SAR ADC الدائرة، PROM تحديدا EEPROM، بيرس دائرة مذبذب لدائرة التذبذب، شوكة كريستال ضبط.

درجة الحرارة الدائرة قياس 2

2.1 فجوة الحزمة الدوائر درجة حرارة الشعور

دائرة حرارية باستخدام الدوائر ذات فجوة الحزمة والجمع بين درجة حرارة الدوائر ذات فجوة الحزمة المرجعية ، كما هو مبين في الشكل (3)، وذلك باستخدام الجهد الفرقة الفجوة المرجعية هو معامل درجة الحرارة إيجابي ولدت، لقياس درجة الحرارة.

في الدائرة ذات فجوة الحزمة، سوف تنتج إيجابي معامل درجة الحرارة الجهد، والمبدأ الرئيسي هو أنه إذا تعمل على اثنين من الترانزستورات القطبين في الكثافة الحالية غير متكافئة، ثم قاعدتهم - فرق الجهد باعث على درجة الحرارة المطلقة النسبي، صيغة (1):

حيث n هو نسبة التدفق الحالي من خلال اثنين من الترانزستورات القطبين .

FIG اثنين من المدخلات من القصير وهمي مكبر للصوت التنفيذية، أي ولاية فرجينيا = المارينا، كما هو مبين في اشتقاق صيغة (2) إلى (7):

صيغة (4) ينظر، IA يتناسب مع درجة الحرارة، مشتق من صيغة (7) كما PTAT IAB الحالي من خلال المرايا الحالية لفرع الأيسر في سلسلة مع المقاوم شكلت PTAT الجهد.

2.2 SAR ADC

التي حصل عليها درجة الحرارة الدوائر الحساسة من 9 إلى إشارة تناظرية SAR ADC تقريب المتعاقبة محول تناظري رقمي إلى إشارة رقمية، هيكل SAR ADC 4، حيث وحدة تقريب المتعاقبة توظف الدوائر الرقمية، وغيرها من الدوائر، الدوائر التناظرية. SAR ADC باستخدام إشارة مرجعية وإشارة مقارنة المدخلات، وتغيير حجم الجهد إشارة وفقا لمقارنة يؤدي كل دورة، وبعد تسع دورات، إشارة إشارة وإشارة الدخل أوثق وأقرب، وسجل تقريب المتعاقبة هو إشارة رقمية الذي يتم إخراجه من دائرة مشاركة SAR الانتاج ADC .

3 دائرة التعويضات الرقمية

دارة رقمية التعويض هو مبين في الشكل 2، وeepro، والعازلة، وحدة حسابية، مكونات بوابة وحدة فك الترميز. دارة تعويض الرقمية رقمي متكامل طريقة تصميم الدوائر، وتركز في المقام الأول على تصميم وتوقيت الخوارزمية.

3.1 EEPROM

يتم تمرير درجة الحرارة دائرة القياس وإشارة درجة حرارة SAR ADC EEPROM، EEPROM 128 مخازن إشارة 11، المحتوى المخزن من البيانات مميزة منحنى درجة الحرارة TCXO، بحساب قيم التسامح تحميل السعة مذبذب المطابقة وفقا لحجم إشارة درجة حرارة الإدخال. EEPROM وجود نوعين من وسائط الوصول: درجة الحرارة العادية خلال القراءة والكتابة عن طريق الأمر I2C غير قياسي. غير قياسي تعليمات I2C قراءة قد الكتابة إلى EEPROM من خلال الحافلة I2C، والذي يوفر مجموعة مختارة لكتابة البيانات إلى EEPROM في رقاقة عملية التصنيع والتغيرات. قراءة I2C غير قياسي تعليمات قد تكون مكتوبة على التوالي كتابة القطاعات.

3.2 المشغل

في الدائرة ADC دقة 9 بت، قادرة على توليد 512 قيم درجة الحرارة، وEEPROM التي 128 تخزين قيمة درجة الحرارة 128 قيم التعويض السعة فقط، هو أقل بكثير من دقة ADC، لذلك، وهي وظيفة أساسية من وحدة حسابية هي من EEPROM عززت بيانات 11 عملية إدخال الاستيفاء، كل البيانات وسيطة إلى قسمين البيانات 3، إلى 512128 بيانات من البيانات، من أجل تحقيق المراسلات درجة الحرارة الناتج ADC 9-واحد، لزيادة دقة التحكم.

عملية محددة هي: إذا تم قياس قيمة درجة حرارة منخفضة اثنين 2'b00، يتم تخزين البيانات 2 في المخزن المؤقت 7 في درجة حرارة عالية وقياس البيانات المقابلة لعنوان EEPROM، ثم المخزن المؤقت للإخراج يساوي وحدة حسابية تخزين البيانات، إذا كانت قيمة درجة الحرارة المقاسة هي أقل من 2'b002، والبيانات المخزنة في المخزن المؤقت 1 هو في درجة حرارة عالية قياس 7 كبيانات عنوان EEPROM المخزنة في البيانات العازلة 2 إلى قياس بتات البيانات EEPROM + 7 درجات حرارة عالية من عنوان الحسابي الناتج نتيجة عملية محرف بين هاتين القيمتين. حساب معين هو مبين في الجدول 1.

3.3 ستروب

OSC إشارة التحكم السعة من ثلاثة مصادر: الوضع العادي من إخراج المشغل، من السجل الداخلي عند وضع الاختبار؛ ميناء I2C من وضع الحافلة. ستروب تبديل بين هذه الأوضاع ومصدر الإشارة. يتم توفير وضع حافلة لتحديد حافلة كتابة البيانات مباشرة من السيطرة مكثف مجموعة من المفاتيح، والتي يمكن تحديد وضع الكتابة التي سيتم اختيارها شريحة الكتابة مكتوبة بشكل مستمر.

3.4 فك

مكثف التعويض درجة الحرارة 11 من القيمة إلى وحدة فك الترميز 22 تبديل إشارة التبديل عملية المقابلة لالسعة مختلف، وحجم مجموعة التبديل السعة عن طريق ضبط مذبذب في سلسلة مع السعة الحمل. سيكون لكل متناول بدوره العالي، ويمكن تحقيق قيم منخفضة 0-7128 دورات، ابتداء من 8 بت، وانخفاض 7 أجزاء من إخراج وحدة فك الترميز 128 للتعويض من 0-2047 النطاق.

التذبذب الدائرة 4

بيرس دائرة مذبذب 4.1

بيرس مذبذب الدائرة باستخدام دائرة مذبذب مشتركة، الدائرة هو مبين في الشكل.

ويجب على جميع مؤشرات التذبذب تلبية معيار Barkhausen، يجب أن يكون أي اتساع كسب حلقة أكبر من 1، يساوي 0 المرحلة، انظر صيغة (8) و (9).

اختيار الكريستال الشوكة الرنانة وضوح الشمس الدائرة المكافئة كما هو موضح في الشكل (6).

وكما يتبين من الشكل الدوائر المتوازية تتكون من فرعين، وهي مقاومة Z1 معادلا لذلك، R1، C1 وتكوين L1؛ ومقاومة أي ما يعادل Z2، يحتوي فقط على C0 السعة. ويمكن الحصول على هذه من مقاومة الدائرة المكافئة للتعبير مدوية تردد المعادلة (10):

للصدى، ومقاومة فقط المقاوم، إعادة ترتيب المعادلة، بحيث مقاومة الزط من الأجزاء الحقيقية والمتخيلة هي الصفر، صيغة (11):

حلول المعادلات من صيغة (12):

لبلورة الكوارتز الفعلي، Rl غير عموما أقل من 100 ، L1 هو بناء على أمر من MH، C1 إلى فرنك فرنسي، C0 هو ترتيب مجموعة الجبهة الوطنية، استنادا إلى الافتراضات المذكورة أعلاه، مجموعة من صيغة (13):

وهكذا، للحصول على ترددين صدى، وFS تردد صدى مقسمة إلى سلسلة وترددات الرنين موازية FA:

لدارة مذبذب بيرس، ووتيرة التذبذب محدودة الفعلية السعة الحمل تأثير، انظر صيغة (18):

كما يزيد من السعة الحمل، والتردد قد تختلف ضمن نطاق ضيق، ويسمى هذا النطاق أيضا تردد سحب. كما نوقش في هذه الوثيقة، ويتحقق التعويض درجة الحرارة عن طريق تقليم السعة الحمل.

4.2 ضبط الكريستال شوكة

استخدام RTC عادة 32.768 كيلو هرتز الشوكة الرنانة وضوح الشمس لا يمكن أن توفر دقة عالية على نطاق واسع درجة الحرارة، ودقة على كامل مكافئ لدرجات الحرارة، دقة وضوح الشمس مع منحنى درجة الحرارة هو مبين في الشكل. أعلى دقة في درجات الحرارة العالية والمنخفضة تدهور دقة في درجة حرارة الغرفة (25 ).

ضبط دقة شوكة وضوح الشمس في درجات الحرارة العالية والمنخفضة هي سلبية، أي بطيء التردد، لتردد من الكريستال يتراجع إلى المعدل الطبيعي، في درجات حرارة عالية ومنخفضة ضرورية للحد من السعة الحمل. TCXO النظام التي تعتمد على درجة حرارة الاختبار الكريستال اختبار دقة تردد في درجة حرارة فرق مختلفة، وبالتالي احتساب درجات حرارة مختلفة السعة الحمل. ضبط شوكة في درجة الحرارة وضوح الشمس منحنى مميزة للاختبار حساب المخزنة في داخل EEPROM، الذي هو المضمون الأساسي لمذبذب الكريستال درجة الحرارة كامل التعويض.

5. الخاتمة

المحاكاة، TCXO تردد الاختلاف فقط 5 10-6، كما هو موضح في الشكل 7 في مجموعة من -45 ~ + 85 . يمكن أن ينظر إليه دون استخدام خاصية درجة الحرارة من الكريستال الشوكة الرنانة مذبذب التعويض درجة الحرارة الرقمية فقيرة، في -5 و 55 هي 30 10-6، والتعويض درجة الحرارة الرقمية من خلال نظام التعويض، وخصائص درجة الحرارة هي غاية تحسن كبير ومستقر في 5 10-6، ويمكن تحقيق وتيرة الانتاج مستقرا على نطاق واسع درجة الحرارة بين -45 ~ + 85 .

مراجع

بحوث والتنمية تريند وو لين هوا، لو يان، لو مينغ الكوارتز مذبذب الكريستال قيمة هندسية، 2013 (5): 295-296.

تشاو توازن سليم، تشاو يينغ. كريستال المذبذب بكين: دار العلوم، 2008.

بالإضافة إلى جناح عالية، تشاو البناء. ودرجة الحرارة الخاصة تصميم رقاقة التحكم OCXO المعالج 2015 (5): 4-8.

بهزاد Razavi.Design النظير الدوائر المتكاملة CMOS شيان: شيان جياوتونغ جامعة أكسفورد، 2003.

ALLEN P E، D هولبيرغ R.CMOS التناظرية تصميم الدوائر بكين: الصناعة الالكترونية برس، 2005.

SANSEN W M C.Analog تصميم أساسيات بكين: مطبعة جامعة تسينغهوا، 2008.

M E فراي الذهب. كريستال المذبذب التصميم والتعويض درجة الحرارة بكين: الناس المشاركة جامعة أكسفورد، 1985.

شو يونيو براءات مسح الكريستال الشوكة الرنانة الكمبيوتر والاتصالات، 2015 (11): 95-98.

شو يونيو الكوارتز الشوكة الرنانة الرنانة استشعار مفتاح بحوث تكنولوجيا و هاربين: معهد هاربين للتكنولوجيا، 2014.

معهد بحوث ليو، Liuxiao لى وو Hongpeng شحن، الخ قياس غير الكهربائية بسرعة الشوكة الرنانة الكوارتز مذبذب الرنين طريقة تردد الغلاف الجوي والبيئة SPIE، 2015،10 (6): 505-509.