用于校正频率飘移的校正设备、方法与使用其的电子设备 |
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| 申请号 | CN202211641292.8 | 申请日 | 2022-12-20 | 公开(公告)号 | CN117938146A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 新唐科技股份有限公司; | 发明人 | 赖炳文; 王笃修; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 提供的校正设备、方法与使用其的 电子 设备仅需要量测两个 温度 的 频率 值，计算出各种组合的频率飘移率，并选择使用频率飘移率最小的组合来设定修整模 块 的组态值，故能减少测试时间。在其中一种实施态样中，一种简易的加热设备可以直接设置于电子设备之芯片封装结构上，故无需使用外部加热设备加热，而能减少放置外部加热设备所需要的环境空间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种校正设备，用于校正一电子设备之一频率飘移，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 用于校正频率飘移的校正设备、方法与使用其的电子设备技术领域背景技术[0002] 电子设备生成的输出信号的频率通常会随着温度而变化，特别是，当电子设备是震荡器设备时，输出的震荡信号是用来提供给后端电路作为参考使用，以使后端电路可以在准确的时间点进行相应的操作。如果，输出的震荡信号的频率飘移率过大，那么后端电路就容易会在错误的时间点进行操作。 [0003] 目前业界会针对需要生成精准的输出信号之电子设备进行频率飘移补偿，然而进行频率飘移补偿需要额外的电路，且电子设备运作时，频率飘移补偿电路也需要不断地检测输出信号，故除了额外的电路面积，更会生成额外的功耗，不符合现今电子产品轻薄短小且节能省碳的趋势。 [0004] 另外一种作法是在电子设备出厂前，进行相应的修整来进行频率飘移的校正，一旦决定电子设备应所述如何进行修整后，即直接储存对应的修整参数(例如，刻录于非挥发性内存中)，并让出厂后的电子设备使用此修整参数进行工作。然而，现有技术的做法需要测试超过两个温度的频率值，并进行计算调整，才能决定使用那种修整参数较为准确，故测试时间较长且耗时。另外一方面，现有技术的作法是通过电子设备之外部的加热设备来对电子设备加温，而加热设备较为昂贵，且可能占据较多的环境空间。 发明内容[0005] 本发明实施例提供一种校正设备，此校正设备用于校正电子设备之频率飘移，且包括修整模块及组态选择模块。修整模块电连接电子设备的输出信号生成电路，且包括有正比于绝对温度(PTAT)修整设备、互补于绝对温度(CTAT)修整设备及参考修整设备，以用于修整输出信号生成电路之输出信号之频率。PTAT修整设备定义有多个第一组态值，CTAT修整设备定义有多个第二组态值，多个第一组态值的一者与多个第二组态值的一者形成多个第一组合的一者。组态选择模块电连接修整模块，其中在电子设备的温度为第一温度时，组态选择模块根据各第一组合分别设定PTAT修整设备以及CTAT修整设备，以分别获取对应多个第一组合的输出信号的多个第一频率值，以及针对多个第一组合，分别找出使得输出信号之频率接近目标频率值的参考修整设备的多个第三组态值与对应多个第三组态值之输出信号的频率的多个第二频率值，并将多个第一组合与对应的多个第三组态值记录成多个第二组合。在电子设备的温度为大于第一温度的第二温度时，组态选择模块获取多个第二组合之输出信号的多个第三频率值，根据多个第二频率值与多个第三频率值计算多个第二组合的多个频率飘移率，以及找出多个频率飘移率中最小者所对应的第二组合，并使用找出的第二组合来设定PTAT修整设备、CTAT修整设备及参考修整设备的多个组态。 [0006] 本发明实施例还提供另一种校正设备，此校正设备用于校正电子设备之频率飘移，且包括修整模块及组态选择模块。修整模块电连接电子设备的输出信号生成电路，且包括有正比于绝对温度(PTAT)修整设备及互补于绝对温度(CTAT)修整设备，以用于修整输出信号生成电路之输出信号之频率。PTAT修整设备定义有多个第一组态值，CTAT修整设备定义有多个第二组态值，多个第一组态值的一者与多个第二组态值的一者形成多个组合的一者。组态选择模块电连接修整模块，其中在电子设备的温度为第一温度时，组态选择模块根据各组合分别设定PTAT修整设备以及CTAT修整设备，以分别获取对应多个组合的输出信号的多个第一频率值。在电子设备的温度为大于第一温度的第二温度时，组态选择模块获取多个组合之输出信号的多个第二频率值，根据多个第二频率值与多个第一频率值计算多个组合的多个频率飘移率，以及找出多个频率飘移率中最小者所对应的组合，并使用找出的组合来设定PTAT修整设备及CTAT修整设备的多个组态。 [0007] 本发明实施例还提供一种电子设备，此电子设备包括前述的校正设备与输出信号生成电路。 [0008] 本发明实施例还提供另一种电子设备，此电子设备包括前述的校正设备与输出信号生成电路，其中校正设备更包括加热设备。加热设备用于将电子设备的温度从第一温度加温至第二温度，其中组态选择模块、修整模块与输出信号生成电路以芯片封装结构封装，且加热设备设置于芯片封装结构上，并与芯片封装结构的多个压点电连接。 [0009] 本发明实施例还提供一种校正方法，此校正方法包括以下的步骤。提供修整模块，其中修整模块电连接电子设备的输出信号生成电路，且包括有正比于绝对温度(PTAT)修整设备、互补于绝对温度(CTAT)修整设备及参考修整设备，以用于修整输出信号生成电路之输出信号之频率，其中PTAT修整设备定义有多个第一组态值，CTAT修整设备定义有多个第二组态值，多个第一组态值的一者与多个第二组态值的一者形成多个第一组合的一者。于电子设备的温度为第一温度时，根据各第一组合分别设定PTAT修整设备以及CTAT修整设备，以分别获取对应多个第一组合的输出信号的多个第一频率值，以及针对多个第一组合，分别找出使得输出信号之频率为接近标频率值的参考修整设备的多个第三组态值与对应多个第三组态值的输出信号之频率的多个第二频率值，并将多个第一组合与对应的多个第三组态值记录成多个第二组合。在电子设备的温度为大于第一温度的第二温度时，获取多个第二组合之输出信号的多个第三频率值，根据多个第二频率值与多个第三频率值计算多个第二组合的多个频率飘移率，以及找出多个频率飘移率中最小者所对应的第二组合，并使用找出的第二组合来设定PTAT修整设备、CTAT修整设备及参考修整设备的多个组态。 [0010] 综上所述，本发明实施例提供的校正设备、方法与使用其的电子设备仅需要量测两个温度的频率值，计算出各种组合的频率飘移率，并选择使用频率飘移率最小的组合来设定修整模块的组态值，故能减少测试时间。在其中一种实施态样中，一种简易的加热设备可以直接设置于电子设备之芯片封装结构上，故无需使用外部加热设备加热，而能减少放置加热设备所需要的环境空间。 [0011] 为了进一步理解本发明的技术、手段和效果，可以参考以下详细描述和附图，从而可以彻底和具体地理解本发明的目的、特征和概念。然而，以下详细描述和附图仅用于参考和说明本发明的实现方式，其并非用于限制本发明。 附图说明[0012] 提供的附图用以使本发明所属技术领域的技术人员可以进一步理解本发明，并且被并入与构成本发明的说明书的一部分。附图示出了本发明的示范实施例，并且用以与本发明的说明书一起用于解释本发明的原理。 [0013] 图1是本发明实施例之具有校正频率飘移的校正设备的电子设备的方块图。 [0014] 图2是本发明另一实施例之具有校正频率飘移的校正设备的电子设备的方块图。 [0015] 图3是本发明实施例之用于校正频率飘移的校正方法的流程图。 [0016] 图4是本发明实施例之用于测试输出信号的频率是否接近目标频率值的波形示意图。 [0017] 图5A是本发明实施例之CTAT修整设备在不同组态值下的温度与输出信号之频率的曲线图。 [0018] 图5B是本发明实施例之PTAT修整设备在不同组态值下的温度与输出信号之频率的曲线图。 [0019] 图6是本发明实施例之如何选取CTAT修整设备的组态与PTAT修整设备的组态的示意图。 [0020] 图7是本发明实施例之具有加热设备的电子设备以芯片封装结构进行封装的示意图。 具体实施方式[0021] 现在将详细参考本发明的示范实施例，其示范实施例会在附图中被绘示出。在可能的情况下，在附图和说明书中使用相同的组件符号来指代相同或相似的部件。另外，示范实施例的做法仅是本发明的设计概念的实现方式的一者，下述的所述示范皆非用于限定本发明。 [0022] 本发明实施例的校正设备、方法与使用其的电子设备针对CTAT修整设备之多个组态值与PTAT修整设备之多个组态值形成的多个组合的每一者，获取电子设备之输出信号在两个不同温度下的两个频率值，并借此算出频率飘移率。接着，选出频率飘移率最小者之组合来设定CTAT修整设备的组态值与PTAT修整设备的组态值。由于仅需要测量在两个不同温度下的两个频率值，故不像现有技术必须测量超过两个以上温度对应的频率值，故本发明能减少测试时间。再者，于本发明其中一个实施例中，加热设备是由加热导线实现，且加热导线设置于电子设备的芯片封装设备结构上，故无需额外使用体积较大的外部加热器。 [0023] 首先，请参照图1，图1是本发明实施例之具有校正频率飘移的校正设备的电子设备的方块图。电子设备1包括校正设备(由修整模块11及组态选择模块13构成)与输出信号产生电路12，校正设备用于校正电子设备1的输出信号的频率飘移。修整模块11电连接电子设备1的输出信号生成电路12，以及组态选择模块13电连接修整模块11。 [0024] 修整模块11包括有正比于绝对温度(PTAT)修整设备111、互补于绝对温度(CTAT)修整设备112及参考修整设备113，以用于修整输出信号生成电路12之输出信号之频率。于此实施例中，修整模块11采用电流修整模块，也就是通过修整电流来改变输出信号的频率值，从而补偿输出信号的频率飘移。PTAT修整设备111、CTAT修整设备112及参考修整设备113分别为PTAT修整电流生成器、CTAT修整电流生成器与参考修整电流生成器。PTAT修整设备111定义有多个组态值，CTAT修整设备112定义有多个组态值，PTAT修整设备111的多个组态值的一者与CTAT修整设备112的多个组态值的一者形成多个组合的一者。 [0025] 另外，修整模块11更包括有输出电流模块114。PTAT修整电流生成器、CTAT修整电流生成器与参考修整电流生成器以并联方式连接，亦即，PTAT修整电流生成器、CTAT修整电流生成器与参考修整电流生成器每一者的两端分别连接系统电压VDD与输出电流模块114。输出电流模块114用于接收PTAT修整电流生成器、CTAT修整电流生成器与参考修整电流生成器所生成的多个电流，以加总接收到的多个电流，并生成加总后的电流来控制输出信号产生电路12之输出信号之频率。 [0026] 组态选择模块13可以是通过纯硬件电路来实现，例如，通过场可程序化栅极数组(FPGA)或特定应用集成电路(ASIC)来实现的硬件电路，或者可以是通过微控制器执行特定固件来实现。在电子设备1的温度为第一温度(例如，摄氏25度)时，组态选择模块13根据前述各组合分别设定PTAT修整设备111以及CTAT修整设备112，以分别获取对应前述多个组合的输出信号的多个第一频率值。举例来说，若有PTAT修整设备111与CTAT修整设备112皆使用2个位来表示组态值，则共有16种组合，针对每一种组合，在电子设备1的温度为第一温度时，组态选择模块13获取电子设备1之输出信号的频率值。 [0027] 由于在没有特定调整参考修整设备113的组态值前，输出信号的频率值可能跟用户期待的目标频率值有较大差异，因此，组态选择模块13针对上面的多个组合，分别找出使得输出信号之频率接近目标频率值的参考修整设备113的多个组态值及对应参考修整设备113的多个组态值之输出信号的频率的多个频率值(注：上述接近目标频率值是指与目标频率值相差不到±2.5％，但本发明不以此为限制)，并将原来多个组合与对应的参考修整设备113的多个组态值记录成多个特定组合。举例来说，PTAT修整设备111之组态值及CTAT修整设备112之组态值分别为10、11时，输出信号之频率值为10MHz，但目标频率值为16MHz，而在参考修整设备113之组态值为00，可以使得输出信号之频率值为16MHz，因此，记录的特定组合之信息包括PTAT修整设备111之组态值、CTAT修整设备112之组态值及参考修整设备 113之组态值分别为10、11、00。 [0028] 接着使用加热设备(加热设备可以是校正设备的一部分或者是外部的加热器)，使电子设备1的温度从第一温度上升到第二温度(例如，摄氏125度)。于电子设备1的温度为第二温度时，组态选择模块13获取多个特定组合之输出信号的多个频率值，根据第一温度下多个频率值(即，接近目标频率值的多个频率值)与第二温度下多个频率值计算多个特定组合的多个频率飘移率，以及找出多个频率飘移率中最小者所对应的特定组合，并使用找出的特定组合来设定PTAT修整设备111、CTAT修整设备112及参考修整设备113的多个组态。举例来说，假设有16个特定组合，且PTAT修整设备111之组态值、CTAT修整设备112之组态值及参考修整设备113之组态值分别为10、11、00的特定组合的频率飘移率最小，则使PTAT修整设备111、CTAT修整设备112及参考修整设备113之三个组态值分别为10、11、00。如此一来，频率飘移率可以最小化，且不同于现有技术，本发明仅需要量测两个温度的频率值。 [0029] 再者，于本发明实施例中，输出信号生成电路12可以是震荡器电路，且震荡器电路包括电流生成器121、122、开关SW1、SW2与电容C1、C2。电流生成器121与122的电源端电连接系统电压VDD，电流生成器121与122的控制端电连接修整模块11的电流输出模块114，且受控制于修整模块11输出的电流值，以在其电流输出端分别提供充电电流给电容C1与C2。开关SW1、SW2的一端电连接低电压，(例如，接地电压GND)，受控制于震荡控制信号。电容C1的一端电连接电流生成器121的电流输出端与开关SW1的另一端，且电容C1的另一端电连接低电压。在开关SW1开路时，电容C1接收充电电流以进行充电，以及在开关SW1导通时，电容C1用于进行放电。电容C2的一端电连接电流生成器122的电流输出端与开关SW2的另一端，且电容C2的另一端电连接低电压。在开关SW2开路时，电容C2接收充电电流以进行充电，以及在开关SW2导通时，电容C2用于进行放电。 [0030] 请接着参照图2，图2是本发明另一实施例之具有校正频率飘移的校正设备的电子设备的方块图。图2实施例与图1实施例之间差异在于，修整模块11改采用电阻修整模块，因此，PTAT修整设备111、CTAT修整设备112及参考修整设备113分别为PTAT修整电阻、CTAT修整电阻与参考修整电阻，且PTAT修整电阻、CTAT修整电阻与参考修整电阻以串联方式连接。 [0031] 请接着参照图3，图3是本发明实施例之用于校正频率飘移的校正方法的流程图。首先，在步骤S301中，获取PTAT修整设备之多个组态值跟CTAT修整设备之多个组态值所形成的多个组合，以及针对多个组合，获取电子设备的输出信号的频率的多个频率值。 [0032] 请一并参照图5A与图5B，图5A是本发明实施例之CTAT修整设备在不同组态值下的温度与输出信号之频率的曲线图，以及图5B是本发明实施例之PTAT修整设备在不同组态值下的温度与输出信号之频率的曲线图。如图5A所示，CTAT修整设备之组态的组态值不同，则有对应不同的曲线表示温度与输出信号之频率之间的关系，于图5B所示，PTAT修整设备之组态的组态值不同，则有对应不同的曲线表示温度与输出信号之频率之间的关系。因此，在步骤S301中是先获取多个组合，再针对多个组合，获取电子设备的输出信号的频率的多个频率值。 [0033] 请继续参照图3，多个组合对应之电子设备的输出信号的频率的多个频率值可能不是接近于目标频率值，因此，还是针对每个组合，去找出相应的参考修整模块的组态值，才能使得组合对应之电子设备的输出信号的频率靠近或等于目标频率值。在步骤S302中，判断电子设备输出的输出信号在K个周期内是否震荡N次，其中N对应于目标频率值。若电子设备输出的输出信号在K个周期内震荡N次，则执行步骤S304，否则，则执行步骤S303。在步骤S303中，调整参考修整设备的组态值，接着继续执行步骤S302。在步骤S304中，获取前述的多个特定组合与接近目标频率值的多个频率值(也就是，第一温度下，调整参考调整模块的组态值使得输出信号之频率接近目标频率值的频率值)，也就是每一个特定组合包括了PTAT修整设备、CTAT修整设备与参考修整设备的三个组态值，然后，执行步骤S305。 [0034] 请一并参照图4，图4是本发明实施例之用于测试输出信号的频率是否接近目标频率值的波形示意图。在图4中以理想的时钟信号输入，并获取时钟信号的周期作为参考时间，然后，针对每一个组合，组态选择模块测试输出信号是否在特定时间内震荡特定次数(例如，N次)，且特定时间的长度为特定多个参考时钟周期(K个参考时钟周期)。若输出信号在特定时间内震荡特定次数，则组态选择模块判断针对此时的组合，参考修整设备的组态值使得输出信号之频率接近目标频率值，并PTAT修整设备、CTAT修整设备与参考修整设备的三个组态值记录成特定组合。若输出信号所述特定时间内未震荡特定次数，则组态选择模块判断针对此时的组合，参考修整设备的态值未使得输出信号之频率接近目标频率值。因此，此时需要调整参考修整设备的组态值。接着，重复进行测试，直到参考修整设备的组态值使得输出信号之频率接近目标频率值。 [0035] 请继续参照图3，在取得多个特定组合后，接着，在步骤S305中，对电子设备进行加热，使其从第一温度上升到达第二温度。请一并参照图7，图7是本发明实施例之具有加热设备的电子设备以芯片封装结构进行封装的示意图。在本发明实施例中，电子设备7的校正设备可以更包括有加热设备71，其中加热设备71是由蜿蜒的加热导线711实现。在此实施例中，修整模块、组态选择模块与输出信号产生电路可以芯片封装结构进行封装，且加热导线711设置在芯片封装结构上。加热导线711的两端可以连接芯片封装结构的两个压点P1、P2，而电流源CS的两端电连接两个压点P1、P2。如此，因此，可以通过控制电流源CS的电流来决定是否加热。 [0036] 接着，请继续参照图3，在步骤S036中，组态选择模块量测多个特定组合所对应的多个频率值。在步骤S307中，组态选择模块根据多个特定组合的第二温度下多个频率值与第一温度下多个频率值(第一温度下，调整参考调整模块的组态值使得输出信号之频率接近目标频率值的频率值)计算多个特定组合的多个频率飘移率。最后，在步骤S308中，组态选择模块选择频率飘移率最低的特定组合，并基于选出的特定组合设定PTAT修整设备、CTAT修整设备与参考修整设备的多个组态。如此，电子设备所输出的输出信号若要操作在接近目标频率值的频率范围时，就会有最小的频率飘移。 [0037] 请参照图6，图6是本发明实施例之如何选取CTAT修整设备的组态与PTAT修整设备的组态的示意图。在第一温度下，例如为摄氏25度，如图6最左边的表格，CTAT修整设备的组态值与PTAT修整设备的组态值共形成15种组合。参考修整模块的组态值(图6未绘示)也做了调整，使得图6最左边的表格的15种组合输出的输出信号之频率的频率值接近于目标频率值。15种组合的CTAT修整设备的组态值、PTAT修整设备的组态值与找出的参考修整模块的组态值(使输出信号之频率的频率值接近于目标频率值的组态值)会被记录成特定组合，于图6中，15种特定组合与这15个特定组合之第一温度下输出信号之多个频率值的频率值F1@25～FF@25(接近于目标频率值的频率值)也会被记录。 [0038] 接着，加热电子设备，使得电子设备的温度从第一温度上上到第二温度，例如为摄氏125度，然后记录这15个特定组合之第二温度下输出信号之多个频率值F1@125～FF@125。之后，计算这15个特定组合之频率飘移值，例如第一个特定组合的频率飘移值为(F1@125‑F1@25)/F1@25＝‑1.66％。接着，选取频率飘移率最低的特定组合对应来设定CTAT修整设备、PTAT修整设备与参考修整模块的组态值，在此实施例中，CTAT修整设备、PTAT修整设备之组态值分别111与100时的频率飘移率最小(注：参考修整设备的组态值未绘示于图6，且参考修整设备的组态值设为使输出信号之频率的频率值接近于目标频率值的组态值)。 [0039] 附带一提的是，在本发明的另一个实施例中，修整模块可能不具有参考修整设备。因此，本发明实施例还提供另一种校正设备，此校正设备用于校正电子设备之频率飘移，且包括修整模块及组态选择模块。修整模块电连接电子设备的输出信号生成电路，且包括有正比于绝对温度(PTAT)修整设备及互补于绝对温度(CTAT)修整设备，以用于修整输出信号生成电路之输出信号之频率。PTAT修整设备定义有多个第一组态值，CTAT修整设备定义有多个第二组态值，多个第一组态值的一者与多个第二组态值的一者形成多个组合的一者。 组态选择模块电连接修整模块，其中在电子设备的温度为第一温度时，组态选择模块根据各组合分别设定PTAT修整设备以及CTAT修整设备，以分别获取对应多个组合的输出信号的多个频率值。在电子设备的温度为大于第一温度的第二温度时，组态选择模块获取多个组合之输出信号的多个频率值，根据第一温度下多个频率值与第二温度下多个频率值计算多个组合的多个频率飘移率，以及找出多个频率飘移率中最小者所对应的组合，并使用找出的组合来设定PTAT修整设备及CTAT修整设备的多个组态。 [0040] 综合以上所述，本发明实施例的校正设备、方法与使用其的电子设备针对CTAT修整设备由于仅需要测量在两个不同温度下的两个频率值，故不像现有技术必须测量超过两个以上温度对应的频率值，故本发明能减少测试时间。再者，于本发明其中一个实施例中，加热设备是由加热导线实现，且加热导线设置于电子设备的芯片封装设备结构上，故无需额外使用体积较大的外部加热器，而能减少校正时所需要的环境空间。 |
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