单片弛张振荡器的温度补偿方法

文章摘要： 为了消除温度对输出频率的影响，从（12）式可以看出还必须使Δt＝0。为了实现上述要求，令T1时的V2＝V’ 2；T2时的V2＝V”2，V1保持不变，则（9）、（11）式改写为（13）式或（17）式： 从（17）式可以看出，为了消除温度对输出频率的影响，可以使电容电压在不同温度条件下取不同的电容值来实现。只要它们能满足（17）式的条件，就可以得到零温度系数的输出频率。在振荡器中，电容器电压是由比较器的阈值电压控制的，可以通过调节比较器的阈值电压来满足要求。在芯片设计中，比较器的阈值电压一般由基准源提供。基准源往往根据带隙原理

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为了消除温度对输出频率的影响，从（12）式可以看出还必须使Δt＝0。为了实现上述要求，令T1时的V2＝V’ 2；T2时的V2＝V”2，V1保持不变，则（9）、（11）式改写为（13）式或（17）式：

从（17）式可以看出，为了消除温度对输出频率的影响，可以使电容电压在不同温度条件下取不同的电容值来实现。只要它们能满足（17）式的条件，就可以得到零温度系数的输出频率。在振荡器中，电容器电压是由比较器的阈值电压控制的，可以通过调节比较器的阈值电压来满足要求。在芯片设计中，比较器的阈值电压一般由基准源提供。基准源往往根据带隙原理来调整它的温度系数。一般会尽量调节使其具有零温度系数。但从需要出发，也可以把它调试成所需的非零温度系数。因此，可使令低位比较器的阈值电压不变，只调节高位比较器的阈值电压使其具有负温度的系数，这样，随着温度的增大UC不断降低，输出的频率较为恒定。在图3中，为了研究的方便，使输出电压与温度的关系近似为直线1。根据上述推导，以振荡器输出电压的中间值为轴，曲线1水平翻转，得到的曲线3为基准源的输出幅度曲线，从而可获得整个温度范围内的最好温度补偿效果。此时需要把基准源的温度系数调节到大约1 319ppm/℃。

图4示出按上述方法进行温度补偿的振荡器的输出波形。由于使输出电压幅度与温度的关系近似线性化，因此与实际输出曲线存在一定的误差，仍旧无法得到零温度系数的输出波形。为了仿真的方便，把比较器的阈值电压外接，人为地按照上述要求调节高位比较器的阈值电压。图4中，T1、T2、T3分别为－40℃、27℃、85℃时的输出波形。可以看出输出电压的幅度随着温度的变化而大大减小，此时仍把27℃时的输出频率设计为20MHz，测出此时振荡器的温度系数为115ppm/℃。比起没有温度补偿的温度系数有了很大的提高。

5 结束语

针对一般弛张振荡器温度系数较差的缺点，提出了一种新的片内温度补偿方案。只要在设计基准源的时候结合振荡器的要求来确定它的温度系数，就可以方便地使振荡器获得较好的温度性能，同时并不增加它的面积和成本，具有较大的实用性。

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