为了在很宽的温度范围内实现计时精度,需要某种形式的温度补偿.温度补偿需要定期测量温度,然后根据测量的温度调节晶体负载或时钟源.温度补偿可以通过两种方式之一完成.第一种选择是通过使用具有计时装置的温度传感器来开发温度补偿算法,该计时装置提供某种形式的模拟或数字时钟校准.这种方法通常需要大量的开发和校准投资.第二种选择是使用现成的温补晶振(TCXO)作为RTC的时钟源.
校准寄存器
某些RTC(如DS1340)提供数字校准寄存器,可用于定期调整离散量的时间.该方法根本不试图改变晶体行为,而是根据在指定温度下的预期频率偏差周期性地调整时间.其效果是将32.768kHz抛物线曲线向上或向下移动到所需温度下接近0.0ppm的精度.这是通过在石英晶体振荡器分频器链中加上或减去时钟周期来实现的.去除的时钟脉冲数(减去负校准)或插入(添加用于正校准)由校准寄存器中的值设置.通过添加时钟脉冲,时间加快(晶体曲线向上移动);通过减去时钟脉冲,时间减慢(晶体曲线向下移动).图2显示了典型的晶体曲线如何向上移动,直到精度接近0.0ppm.在此示例中,测量的温度为+55°C.

图1.典型的晶体曲线向上移动,直到精度接近0.0ppm.

带有校准寄存器的RTC可以与温度传感器组合,在一个特定温度下达到-2.034ppm至+4.068ppm的精度水平.总调节范围为-126ppm至+63ppm,因此,在极高和极低温度下,曲线无法调节到足以达到0.0ppm.需要处理器开销来定期测量温度,计算新的校准寄存器值,并调整适当的RTC寄存器.
该方法的主要困难是所需的工厂校准工作.由于每个晶振的行为都不同,因此每个计时装置都需要一个适合所需温度范围的定制校准表.这种努力所需的人力和时间可能变得很麻烦.存储校准数据也需要一定量的非易失性存储器,这增加了总成本.此外,补偿值不能补偿不可避免的晶体老化,仅在第一年就可以接近±3ppm.虽然校准寄存器方法在温度变化时不提供自动调整,但它仍然提供了精度的渐进改进.
温度补偿晶体振荡器
另一个极大提高计时精度的选择是使用32.768KHZ温度补偿晶体振荡器(TCXO),如DS32kHz,作为独立RTC的时钟源.这些器件经过工厂校准,在工业温度范围(-40°C至+85°C)内可提供±7.5ppm的精度.TCXO晶振的作用是使晶体曲线的抛物线性质随温度变平(图3).

图2.由TCXO压平的晶体曲线.

TCXO包含一个集成传感器,可定期测量设备温度.该测量用于访问查找表,其输出用于计算并应用集成的32.768kHz晶振的负载电容值,以实现0.0ppm的精度.查找表存在于设备上,无需外部输入.
制造晶体时,它针对特定的负载电容进行了优化,这在数据手册中有详细说明.如果实际负载电容与规格不匹配,则结果是与标称频率的偏差.TCXO利用这一事实来提高准确性.如果已知特定有源晶振的每个温度的频率偏差量,则TCXO可以调整负载电容以抵消与温度相关的频率偏差.
使用现成的TCXO的优点是不需要算法开发或工厂校准.缺点是多芯片解决方案需要额外的成本和PC板空间.
最精确的解决方案-RTC/TCXO/晶体集成
理想的精确计时装置是将RTC,TCXO和石英晶体集成到一个封装中的装置.DS3231S就是这样一种设备.它在0°C至+40°C范围内提供±2.0ppm的无与伦比的精度,相当于每年超过±1.0分钟.-40°C至0°C和+40°C至+85°C的精度为±3.5ppm,相当于每年±1.8分钟.图4显示了该器件的最坏情况精度.如前一节所述,集成的TCXO使晶体曲线的抛物线特性在温度范围内变平.

图3.DS3231S的最差情况精度.

与之前的温补晶振解决方案一样,集成设备已经过工厂校准,无需客户校准或开发工作.单封装解决方案在更小的区域内以更低的成本结合了相同的功能.
与独立的TCXO不同,集成设备寄存器组可通过串行接口端口访问.片上老化寄存器可对负载电容和温度补偿进行调整.这允许应用还补偿由于晶体老化而导致的精度损失.
摘要
在集成TCXO,RTC和32.768kHz贴片晶振之前,需要计时精度的应用选择有限.所有可用选项都需要开发工作,工厂校准和额外成本的组合.随着单封装TCXO/RTC/晶体集成的出现,计时精度不再是奢侈品,而是适用于所有应用！

正在载入评论数据...

上一篇：差分晶体振荡器LVPECL输出应用终止建议

下一篇：差分晶振HCSL驱动器输出结构

此文关键字： 32.768KHZ振荡器温度补偿精度

欢迎光临：康比电子有限公司

资讯中心

企业博客

温补晶振可以通过两种方式完成温度补偿

相关资讯

姓名：
邮箱：
正文：