面向?qū)Ш綉?yīng)用的低功耗集成化精密守時(shí)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在全球各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用戶對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的快速捕獲跟蹤、高精度定位、高可用性、低功耗和小型化等方面的要求越來越高，尤其是在城市高樓峽谷、涵洞和立交橋等對衛(wèi)星信號遮擋較為嚴(yán)重的應(yīng)用環(huán)境中，需求更為迫切。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的基本原理是通過測量衛(wèi)星信號到達(dá)接收機(jī)天線的時(shí)間實(shí)現(xiàn)測距和定位，作為時(shí)間測量的核心，接收機(jī)的守時(shí)性能是影響前述指標(biāo)的重要因素，因此研究面向?qū)Ш綉?yīng)用的低功耗集成化精密守時(shí)技術(shù)，具有重要的工程價(jià)值。本研究主

2、要內(nèi)容包括：
　?、裴槍δ壳霸诒銛y式導(dǎo)航設(shè)備中常用的AT切石英晶體缺少有效的晶體自測溫手段這一問題，提出了針對AT切石英晶體的雙晶體雙頻自測溫方法。該方法利用AT切石英晶體的頻率-溫度特性隨晶體切角不同而改變的特點(diǎn)，通過測量兩個(gè)頻率相近但切角不同的AT切石英晶體的頻率差反映這兩個(gè)石英晶體真實(shí)溫度，避免了獨(dú)立溫度傳感器因熱時(shí)間常數(shù)與石英晶體不同帶來的測溫誤差。分析和實(shí)驗(yàn)表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.4390℃/Hz的測溫分辨率，與昂貴

3、復(fù)雜的SC切石英晶體泛音雙頻自測溫水平相當(dāng)。
　?、漆槍δ壳霸诒銛y式導(dǎo)航設(shè)備中常用的AT切石英晶體的頻率-溫度補(bǔ)償精度偏低這一問題，提出了針對AT切石英晶體的頻率-溫度復(fù)合特性精確建模方法。該方法在深入分析AT切石英晶體在動(dòng)態(tài)溫度下頻率偏差成因的基礎(chǔ)上，建立了頻率-動(dòng)態(tài)溫度模型，并基于晶體溫度變化歷史給出了熱遲滯效應(yīng)引起的AT切石英晶體頻率偏差公式。分析和實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)用上述兩種動(dòng)態(tài)溫度對頻率特性影響模型，配合雙晶體雙頻自測溫法可使

4、 AT切石英晶體的頻率-溫度建模誤差由傳統(tǒng)的1×10-6左右，降低至5×10-9，達(dá)到與昂貴的SC切石英晶體相同的頻率-溫度建模精度。
　　⑶針對目前基于經(jīng)典阻抗分析模型設(shè)計(jì)的高頻低功耗石英晶體振蕩電路工作電流仍然較大（毫安量級），不利于便攜式導(dǎo)航設(shè)備的低功耗設(shè)計(jì)這一難點(diǎn)，提出了基于反饋分析模型的高頻低功耗石英晶體振蕩電路設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法以石英晶體反饋起振原理為基礎(chǔ)，運(yùn)用反饋分析模型評估振蕩電路功耗，不僅穩(wěn)態(tài)電流分析誤差較傳統(tǒng)

5、設(shè)計(jì)方法更小，而且還能量化分析初始起振電流條件，更精確控制起振過程，降低電路功耗。流片實(shí)驗(yàn)表明，在深亞微米工藝下，以新設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的6MHz和12MHz石英晶體振蕩電路的穩(wěn)態(tài)振蕩電流可降低至1μA以下，相較于過去的研究成果低了3個(gè)數(shù)量級。
　　⑷針對傳統(tǒng)高精度石英晶體守時(shí)以溫補(bǔ)晶振為中心，導(dǎo)致功耗較大這一缺點(diǎn)，提出了全數(shù)字軟件化直接溫補(bǔ)守時(shí)的石英晶體守時(shí)技術(shù)。通過時(shí)間-溫度直接補(bǔ)償和增加待機(jī)模式簡化了電路結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)頻率-溫度

6、補(bǔ)償架構(gòu)電路復(fù)雜，功耗大的缺點(diǎn)，可以將守時(shí)電路工作電流降低至8.5μA?；诟呔鹊念l率特性模型的補(bǔ)償算法完全通過全數(shù)字的軟件修正運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)架構(gòu)依靠電路補(bǔ)償精度受晶體頻率拉動(dòng)能力限制的缺點(diǎn)，守時(shí)補(bǔ)償精度可達(dá)5×10-9，媲美SC切石英晶體溫補(bǔ)守時(shí)精度。
　?、舍槍鹘y(tǒng)石英晶體振蕩器測試系統(tǒng)測試效率低下，且只能記錄石英晶體靜態(tài)溫度環(huán)境下的頻率特性等缺點(diǎn)，提出了石英晶體振蕩器并行測試技術(shù)并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測試系統(tǒng)。該測試技術(shù)以直