一种修正时钟源老化的方法和装置

暂无

技术领域\n本发明属于一种对现有的自动频率校准中时钟老化误差的补偿技术，特别是在通信系统中用于修正、补偿时钟晶体老化而导致频率误差的方法和装置。\n背景技术\n时钟单元是通信系统中一个重要的部分，对于移动通信终端(UE)设备而言，可以看作是终端的心脏，它为整个终端提供参考时钟，对于射频部分而言，它提供频率合成器的参考时钟；对于基带部分而言，它为DSP和MCU以及其他的数字单元提供系统时钟。因此，时钟的性能(如稳定性等)对整个终端的性能有重要的影响。\n目前在移动终端(包括手机)中普遍使用的是VC-TCXO(压控温补晶体振荡器)，它是一种通过电压(AFC)控制输出频率的晶体振荡器，考虑到温度变化的因素，故现在很多压控晶体振荡器都具有温补功能，如压控温度晶体振荡器，可以自适应地调节因为环境温度变化而导致的频率漂移。\nVC-TCXO有很多性能参数，这些性能参数具有一定的关联性。这些参数包括：输出频率、输出频率相对于温度、工作电压和负载的稳定度、输出频率控制范围和老化率等。其中老化率是VC-TCXO中的一个重要的参数，由于本发明正是基于对晶体振荡器的老化率提出的一种补偿老化的方法，为了能够更清楚的说明本发明，现对所述的老化率做如下介绍。\n在恒定的环境条件下，振荡器频率和时间之间的变化规律定义为老化率。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的，以及过大的驱动电平、各种热噪声效应、线路的老化等。晶体振荡器的电路设计如果能够保证其在较低的工作环境和最小的驱动电平下工作，将会减小老化率指标。这里的老化率是一种长期的老化率指标，即工作时间在1年以上。\n老化率可以是正的或者负的数值。一般来说，晶体的老化率在其第一次通电使用时最大，在使用的初始几天至几周时间内的老化率指标要高于其后时间段的老化率，老化率曲线的第一部分被称作“初始老化率”或者“稳定周期”，在固定环境温度下，老化率曲线和时间的关系近似可以用对数函数来拟合，对于一个精确的晶体振荡器来说，可以对该晶体振荡器老化率做有效的估算。\n如图1所示为老化率随时间变化曲线图，图1中的水平实线为振荡器的参考振荡频率，其表示为该振荡器在没有任何老化等影响的情况下的理想振荡频率。曲实线为振荡器发生老化后，产生长期频率漂移的情况下，所测量的数据。虚线所示是对长期的老化率(即曲实线)数据进行曲线拟合的结果。纵轴y表示频率的减小量，单位为百万分之一(PPM：Parts Per Million)，公式表示如下：\n$y\left(k\right)=\frac{{\mathrm{\Delta f}}_k}{f_0}=\frac{f\left(k\right)-f\left(0\right)}{f\left(0\right)}---\left(1\right)$\n公式(1)中，f0为在时刻t0测量的第一个频率，横轴为从t0时刻开始的经过时间，f(k)为老化率在时间t(k)，k＝1，2，...，n.的采样。\n在晶体老化率的估计方法中，常采用线性拟合算法，对数函数预测算法和卡尔曼滤波频率预测算法。对于基于石英晶体振荡器的VC-TCXO来说，采用对数函数预测算法具有很好的准确性，同时，对数算法的复杂程度也是可以接受的。\n采用对数函数预测算法可以表示为如下形式：\ny(t)＝Aln(Bt+1)+C，                (2)\n针对公式(2)中，不同系数A、B和C的拟合曲线可以表示为图2所示。\n在公式(2)中，系数A、B和C可以根据VC-TCXO的厂家数据或者使用者的实际测量结果而拟合出来。可见，通过上述公式是可以有效的估算出不同时间相应的晶体老化率。\n在目前的手机解决方案中，普遍采用的是AFC(自动频率控制)校准的办法来消除晶体振荡器的压-频特性的离散性，其方法是通过对晶体振荡器的压-频特性进行取样，根据这些取样点对晶体的压-频特性进行数据拟合得到压-频特性曲线，终端在正常通信时就是根据所得到的压-频特性曲线来查表修正频率偏差。这些办法可以在一定程度上有效地消除VC-TCXO的离散特性。但是，这种方法没有考虑由于VC-TCXO的老化而导致的频率漂移。如果在设计当中选取了在老化率指标方面比较差的晶体振荡器，那么由老化率所带来的频率漂移就会对采取AFC校准方法所得到的压-频特性曲线带来误差影响手机正常通信时的频率修正。实际上，由于老化造成的频率漂移相对于时间来说是相对固定的，并且具有很好的一致性。\n发明内容\n为了克服上述问题，本发明提出一种根据VC-TCXO的老化特性(频率漂移随时间变化的特性)，而对时钟源老化进行修正的方法。本发明基于VC-TCXO的老化特性的频率漂移相对于时间的相对固定和一致性的特性而提出。根据目前VC-TCXO老化特性的数据和老化随时间的对数变化特性，可以认为在一个时间周期值T(时间单位为天，T的值可以根据晶体的老化率指标进行自由选取，根据现有的晶体老化指标规律，一般选取T＝30*N，N取自然数)，由于VC-TCXO的老化而导致的频率漂移是可以接受的。因此，对于VC-TCXO老化特性的补偿可以时间周期值T为最小单位。\n本发明所提出的对时钟源老化进行修正的方法主要包括以下步骤：信息读取步骤，该步骤用于读取手机的当前时间信息和手机的出厂时间信息以及待老化补偿修正的数据，例如是经过AFC校正后的未做老化修正的数据；时间比较步骤，该步骤用于对信息读取步骤中输出的当前时间信息和出厂时间信息进行比较，并将比较结果输出；频率老化补偿步骤，该步骤利用时钟源老化的特性得出的频率补偿数据对待老化补偿修正的数据进行老化补偿并将结果输出。\n其中，所述的时间比较步骤对当前的时间信息和出厂时间信息进行比较时，先对上述的时间进行求差值处理，再对差值的结果进行求模处理。\n其中，所述的频率补偿步骤还可以包括判断频率补偿步骤，该步骤根据时间比较步骤中输出的结果和预先设定的老化补偿周期值判断是否需要对待老化补偿修正的数据进行老化补偿修正。\n其中，所述的老化补偿周期值根据现有的晶体老化指标规律，一般选取T＝30*N(T为时间单位天，N取自然数)，T的值可以根据晶体的老化率指标进行自由选取。\n其中，所述的频率老化补偿步骤对输入的频率进行老化补偿时，所补偿的数据为根据采用晶体老化率的对数函数预测算法的计算结果。\n其中，所述的频率老化补偿步骤对输入的频率进行老化补偿时，所补偿的数据还可以根据采用晶体老化率的线性拟合算法和卡尔曼滤波频率预算的计算结果。\n其中，所述的频率老化补偿步骤对输入的待老化补偿修正的数据进行老化补偿时，利用晶体老化特性的预先保存的老化参数表中的数据，对时钟的老化进行修正。\n本发明另一方面提供一种可以根据VC-TCXO的老化特性(频率漂移随时间变化的特性)，而对时钟源老化进行修正的装置。其中该装置主要包括：信息输入单元，该信息输入单元用于读取手机的当前时间信息和手机的出厂时间信息以及待老化补偿修正的数据，该待老化补偿修正的数据一般是经过AFC校正后的数据；时间比较单元；该单元用于对信息输入单元输出的当前时间信息和出厂时间信息进行比较，并将比较结果输出；频率老化补偿单元，该步骤利用时钟源老化的特性，利用频率补偿数据对待老化补偿修正的数据进行老化补偿并将结果输出。\n其中，所述的时间比较单元进一步包括求差单元和求模单元，所述的求差单元对当前的时间信息和出厂时间信息进行求差值运算，并将结果输入求模单元，所述的求模单元对输入的差值的结果进行求模运算。\n其中，所述的频率补偿单元还包括判断频率补偿单元，该判断频率补偿单元根据时间比较单元输出的结果和预先设定的老化补偿周期值判断是否需要老化补偿修正的数据进行老化补偿，并根据所判断的结果来确定是否执行频率老化补偿。\n其中，所述的老化补偿周期根据现有的晶体老化指标规律，一般选取T＝30*N(T为时间单位天，N取自然数)，T的值可以根据晶体的老化率指标进行自由选取。\n其中，所述的频率老化补偿单元对输入的频率进行老化补偿时，所补偿的数据是根据采用晶体老化率的对数函数预测算法的计算结果。\n其中，频率老化补偿单元对输入的频率进行老化补偿时，所补偿的数据是还可以根据采用晶体老化率的线性拟合算法和卡尔曼滤波频率预算的计算结果。\n其中，所述的频率老化补偿单元对输入的待老化补偿修正的数据进行老化补偿时，利用晶体老化特性的预先保存的晶体老化参数表中的数据，对时钟的老化进行修正。\n通过本发明的修正时钟源老化的方法和装置，克服了现有技术中不能实现对于时钟源老化而带来的频率漂移的缺点，而实现了对频率偏移的补偿，从而有效地提高了晶体的性能。\n附图说明\n图1所示为老化率随时间变化曲线图；\n图2所示为具有不同参数的对数函数的老化率随时间变化的曲线图；\n图3所示为本发明的修正时钟源老化装置的示意图；\n图4所示为本发明一种修正时钟源老化方法的流程图；\n图5所示为本发明的另一种修正时钟源老化方法的流程图。\n具体实施方式\n对VC-TCXO老化特性的补偿可以采用很多种具体实现方法，如下提供两种对VC-TCXO老化特性的补偿的实现方法。\n如图4所示为本发明一种修正时钟源老化方法的流程图。手机开机后，图3所示的修正时钟源老化装置的信息读取单元执行信息读取步骤，读取手机的出厂数据信息，手机发送当前时间信息以及经过输入经过AFC校正后的数据，通常手机出厂时间保存在手机存储器中，如Flash中。所述的手机的出厂时间(T0)和当前的时间(T1)信息经过L1C传给手机的DSP部分，这里如果基站通过广播消息给手机发送当前时间信息，那么T1就是基站发送的当前时间。在Flash中设置一个变量“AFC_Comp_Done”，其初始化缺省值为“0”，该缺省值为“0”表示当前的数据还没有经过老化率补偿，如果经过老化率补偿后，该缺省值可变为“1”。\n接着，图3中的时间比较单元执行时间比较步骤，对手机的出厂时间和当前时间进行比较。具体的步骤是该时间比较单元中的求差单元对手机的出厂时间和当前的时间信息进行求差运算，即(T1-T0)(单位：天)，然后求模单元对这一差值用T取模，结果记为Delta(T)，即：Delta(T)＝[T1-T0]modeT。\n然后，图3中频率补偿单元中的判断频率补偿单元根据求模单元输出的结果和预先设定的老化补偿周期值判断是否需要对AFC值进行老化补偿。具体的判断条件如图4中所示，如果Delta(T)＝T-1，并且变量AFC_Comp_Done＝0，则可判定需要对当前的AFC值进行修正，否则，不用对当前的AFC值进行修正。根据目前VC-TCXO老化特性的数据和老化随时间的对数变化特性，预先设定的老化补偿周期值T的最小单位为天，T的值可以根据晶体的老化率指标进行自由选取，根据现有的晶体老化指标规律，一般选取T＝30*N，N取自然数。\n如图4所示，当判断频率补偿单元判断的结果是对AFC值进行修正时，频率补偿单元可以根据在晶体老化率的估计方法中的对数函数预测算法如前面提及的公式(2)的计算结果对AFC值进行老化补偿修正。当修正完成，变量AFC_Comp_Done的值变为1，表示出该数据已经进行过修正。\n采用这种方法进行的老化修正是具有“记忆性”的。就是说，对晶体振荡器的频率老化补偿是具有累加效应的，频率补偿装置需要事先知道是否进行过频率补偿。\n该方法对AFC值进行老化补偿是根据对晶体老化率估计方法中的对数函数预测算法的结果进行的，其也可以采用其他老化率估计方法的结果来进行老化补偿修正，例如线性拟合算法和卡尔曼滤波频率预测算法等等。\n需要说明的是本实施例中的频率补偿单元中也可以没有判断频率补偿单元，根据设定的补偿周期值对每次输入的AFC值都进行老化补偿修正。\n现对本发明的VC-TCXO老化特性的补偿的另一实现方法进行说明。如图5所示为该方法的流程图，这里仅对与上述方法一不同的之处做一说明，对于相同的部分将不再重复。\n该方法与方法一不同之处在于频率补偿单元对AFC值进行老化补偿修正可以调取AFC的校准参数表和时钟晶体的老化参数表，根据(T1-T0)对AFC的校准参数进行修正。该晶体老化参数是预先进行保存的。下表为一典型的时钟晶体的老化率参数表。\n需要说明的是，该时间周期值T和老化率之间的数值对应关系可以参考晶体厂家实测的取样数值，对这些取样数值进行公式(2)的对数函数曲线拟合，生成老化率参数表.\n  T(天)   老化率(PPM)   30   0.05   60   0.15   90   0.25   ...   ...\n本方法中，对时钟源老化的修正是在手机每次开机的时候实现的，手机开机以后，对时钟的老化进行修正。采用这种方法进行的老化修正是不具有“记忆性”的。\n上述实施例仅是用于对本发明进行说明的并不是用来对限定本发明，对于本领域的普通技术人员来说，在理解本发明所揭露的技术之后，在不脱离本发明的思想范围之外的各种更改都是属于本发明所保护的范围。