FR2770946A1 - Crystal oscillator with temperature compensation - Google Patents

A temperature sensor (16) by the crystal oscillator (12,13) feeds into an analog to digital converter (18). The digital output of the converter (32) is input to a processor (21). The processor looks up a memorized table (22) and produces a compensating signal (33,34) which feeds back (35) into the oscillator and readjusts (36) the frequency for changes in temperature. The circuit has the facility (17) to sense additional parameters (38).

La présente invention concerne un circuit oscillateur à cristal et, plus particulièrement, un circuit oscillateur à cristal destiné à être utilisé dans un dispositif de télécommunications du type portatif. L'invention concerne plus spécialement un procédé permettant d'effectuer la compensation de variations de fréquence d'un oscillateur à cristal, qui sont dues par exemple à des modifications de la température externe ou de l'humidité, ainsi qu'un oscillateur à cristal ainsi compensé. The present invention relates to a crystal oscillator circuit and, more particularly, to a crystal oscillator circuit for use in a portable type telecommunications device. The invention relates more particularly to a method for compensating for variations in frequency of a crystal oscillator, which are due for example to changes in the external temperature or humidity, as well as a crystal oscillator thus compensated.

Les oscillateurs à cristal destinés à être utilisés pour la production de signaux de radiofréquence dans des dispositifs de télécommunications du type portatif doivent être en mesure de produire une fréquence suffisamment constante ou bien définie malgré de grandes variations de la température de fonctionnement et de l'humidité ambiante, etc., en particulier au moment de la mise en marche. Crystal oscillators intended for use in the production of radio frequency signals in portable telecommunications devices must be able to produce a sufficiently constant or well-defined frequency despite large variations in operating temperature and humidity room, etc., in particular when switching on.

Pour satisfaire cette exigence, un certain nombre de techniques différentes ont été employées.To meet this requirement, a number of different techniques have been used.

Une technique connue permettant d'assurer la compensation en température consiste simplement à utiliser un oscillateur fait à partir d'un cristal de très bonne qualité, qui ne présente que de petites variations avec la température. A known technique for ensuring temperature compensation is simply to use an oscillator made from a crystal of very good quality, which has only small variations with temperature.

Une autre solution, analogue, consiste à utiliser un oscillateur à cristal compensé en température. Toutefois, dans ces deux cas, le coût élevé de l'oscillateur à cristal est un inconvénient.Another similar solution is to use a temperature compensated crystal oscillator. However, in these two cases, the high cost of the crystal oscillator is a drawback.

Selon une autre technique de compensation en température, on utilise un capteur de température externe pour mesurer la température de l'oscillateur à cristal. Le signal analogique délivré par le capteur est ensuite appliqué à un circuit analogique spécialement conçu qui calcule un signal de correction analogique, lequel est appliqué au circuit de réglage d'accord de fréquence qui est associé à l'oscillateur à cristal. De cette manière, le circuit de réglage d'accord de fréquence peut tenir compte des variations de la fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont provoquées par des variations de la température de fonctionnement. Toutefois, cette technique de compensation en température nécessite un capteur de température distinct et un circuit analogique relativement grand et compliqué (qui comporte trois convertisseurs numérique-analogique). De plus, une semblable technique ne peut être utilisée que pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives à la température ; elle ne peut pas être utilisée pour compenser d'autres variations apparaissant dans l'oscillateur à cristal (par exemple des variations propres existant entre des cristaux différents) ou des variations relatives à la température (ou à un autre paramètre) apparaissant dans le circuit associé à l'oscillateur à cristal, comme par exemple le circuit de réglage d'accord de fréquence. Ces variations doivent donc être compensées par des moyens supplémentaires. According to another temperature compensation technique, an external temperature sensor is used to measure the temperature of the crystal oscillator. The analog signal from the sensor is then applied to a specially designed analog circuit that calculates an analog correction signal, which is applied to the frequency tuning circuit that is associated with the crystal oscillator. In this way, the frequency tuning circuit can accommodate variations in the frequency of the crystal oscillator which are caused by variations in the operating temperature. However, this temperature compensation technique requires a separate temperature sensor and a relatively large and complicated analog circuit (which includes three digital-to-analog converters). In addition, a similar technique can only be used to compensate for the variations in frequency of the crystal oscillator which are relative to temperature; it cannot be used to compensate for other variations appearing in the crystal oscillator (for example own variations existing between different crystals) or variations relating to the temperature (or to another parameter) appearing in the associated circuit to the crystal oscillator, such as the frequency tuning circuit. These variations must therefore be compensated by additional means.

L'invention vise à produire un circuit oscillateur à cristal et un procédé de compensation d'un circuit oscillateur à cristal, qui assurent au moins un allégement de certains des problèmes ci-dessus mentionnés, par rapport aux dispositifs et aux techniques connus. The invention aims to produce a crystal oscillator circuit and a method for compensating a crystal oscillator circuit, which provide at least some relief from some of the above-mentioned problems, compared to known devices and techniques.

Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un circuit oscillateur à cristal comprenant un oscillateur à cristal et des circuits associés qui sont connectés à l'oscillateur à cristal, les circuits associés étant formés en un circuit intégré et comportant un capteur qui sert à produire un signal de paramètre, représentatif d'un paramètre de l'oscillateur à cristal que le capteur est conçu pour mesurer, si bien que le signal de paramètre peut être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a first aspect of the invention, there is provided a crystal oscillator circuit comprising a crystal oscillator and associated circuits which are connected to the crystal oscillator, the associated circuits being formed in an integrated circuit and comprising a sensor which used to produce a parameter signal, representative of a parameter of the crystal oscillator that the sensor is designed to measure, so that the parameter signal can be used to compensate for frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

Un circuit oscillateur à cristal selon le premier aspect de l'invention est clairement avantageux du fait que le capteur est prévu au titre d'une partie d'un circuit intégré, ce qui permet de se dispenser de l'obligation de prévoir un capteur "non incorporé à la puce", ou externe, relativement coûteux pour produire un signal de paramètre. A crystal oscillator circuit according to the first aspect of the invention is clearly advantageous in that the sensor is provided as part of an integrated circuit, which makes it possible to dispense with the obligation to provide a sensor " not built into the chip ", or external, relatively expensive to produce a parameter signal.

De préférence, le capteur est un capteur de température servant à produire un signal de température qui est représentatif de la température de l'oscillateur à cristal. Selon une autre possibilité, le capteur peut être un capteur d'humidité. Preferably, the sensor is a temperature sensor for producing a temperature signal which is representative of the temperature of the crystal oscillator. Alternatively, the sensor can be a humidity sensor.

De préférence, le capteur de température prend la forme d'une jonction du type transistor npn ou pnp, pour laquelle la tension Vbe aux bornes de la jonction "base-émetteur" varie en fonction de la température, la variation de Vbe, soit AVbe, étant représentative de la différence de température AT entre la température réelle, soit T, de l'oscillateur à cristal et une température de référence initiale, soit Tinv. Preferably, the temperature sensor takes the form of a junction of the npn or pnp transistor type, for which the voltage Vbe at the terminals of the "base-emitter" junction varies as a function of the temperature, the variation of Vbe, ie AVbe , being representative of the temperature difference AT between the actual temperature, either T, of the crystal oscillator and an initial reference temperature, or Tinv.

Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un circuit oscillateur à cristal comprenant un oscillateur à cristal, des circuits associés qui sont connectés à l'oscillateur à cristal et un capteur de paramètre servant à produire un signal de paramètre analogique, représentatif du paramètre de l'oscillateur à cristal qui est mesuré par le capteur de paramètre, les circuits associés comportant un convertisseur analogique-numérique qui possède une entrée destinée à recevoir un signal analogique d'entrée et un commutateur connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, le commutateur pouvant commuter entre au moins deux états différents afin de sélectivement connecter le signal de paramètre analogique ou bien un autre signal analogique à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, si bien que le convertisseur analogique-numérique peut sélectivement convertir le signal de paramètre analogique en un signal de paramètre numérique qui peut ensuite être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatifs au paramètre. According to a second aspect of the invention, there is provided a crystal oscillator circuit comprising a crystal oscillator, associated circuits which are connected to the crystal oscillator and a parameter sensor used to produce an analog parameter signal, representative the parameter of the crystal oscillator which is measured by the parameter sensor, the associated circuits comprising an analog-digital converter which has an input intended to receive an analog input signal and a switch connected to the input of the analog converter -digital, the switch being able to switch between at least two different states in order to selectively connect the analog parameter signal or else another analog signal to the input of the analog-digital converter, so that the analog-digital converter can selectively convert the analog parameter signal to a digital parameter signal e which can then be used to compensate for the frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de compensation des variations d'un oscillateur à cristal qui sont relatives à un paramètre, I'oscillateur à cristal faisant partie d'un circuit oscillateur à cristal qui comporte en outre des circuits associés connectés à l'oscillateur à cristal, les circuits associés comportant un convertisseur analogique-numérique qui possède une entrée destinée à recevoir un signal analogique d'entrée et un commutateur connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, le commutateur pouvant commuter entre au moins deux états différents, le procédé comprenant les opérations suivantes : mesurer un paramètre de l'oscillateur à cristal, produire un signal de paramètre analogique qui est représentatif du paramètre mesuré de l'oscillateur à cristal, faire sélectivement commuter le commutateur dans un état dans lequel le signal de paramètre analogique est appliqué à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, et convertir le signal de paramètre analogique en un signal de paramètre numérique, de sorte que le signal de paramètre numérique peut être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a third aspect of the invention, there is provided a method of compensating for variations of a crystal oscillator which are relative to a parameter, the crystal oscillator being part of a crystal oscillator circuit which further comprises associated circuits connected to the crystal oscillator, the associated circuits comprising an analog-digital converter which has an input for receiving an analog input signal and a switch connected to the input of the analog-digital converter, the switch being able to switch between at least two different states, the method comprising the following operations: measuring a parameter of the crystal oscillator, producing an analog parameter signal which is representative of the measured parameter of the crystal oscillator, selectively switching the switch in a state in which the analog parameter signal is applied to the input of the convert eur analog-digital, and convert the analog parameter signal to a digital parameter signal, so that the digital parameter signal can be used to compensate for frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

Le terme "commutateur" est utilisé dans le présent contexte pour désigner tout mécanisme de commutation effectif et il est supposé inclure le grand nombre d'agencements possibles, bien connu de l'homme de l'art, permettant d'assurer que, effectivement, un seul signal analogique soit appliqué, à un instant quelconque donné, au convertisseur analogique-numérique. Ainsi, ce terme vise à couvrir à la fois un mécanisme de commutation actif relativement simple, dans lequel la position du commutateur est commandée par un signal de commande spécial, et un mécanisme de commutation passif. Un semblable agencement de commutation passif peut par exemple simplement faire en sorte que le signal de sortie du capteur de paramètre soit supprimé et que cette sortie soit amenée à avoir une impédance élevée, tandis que le signal de sortie d'un quelconque autre dispositif connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique est validé, et inversement.  The term "switch" is used in the present context to denote any effective switching mechanism and it is assumed to include the large number of possible arrangements, well known to those skilled in the art, to ensure that, effectively, only one analog signal is applied at any given time to the analog-to-digital converter. Thus, this term aims to cover both a relatively simple active switching mechanism, in which the position of the switch is controlled by a special control signal, and a passive switching mechanism. A similar passive switching arrangement may, for example, simply cause the output signal of the parameter sensor to be suppressed and this output to be caused to have a high impedance, while the output signal of any other device connected to the input of the analog-digital converter is validated, and vice versa.

Un avantage clair du circuit oscillateur à cristal selon le deuxième aspect de l'invention ou d'un procédé de compensation de l'oscillateur à cristal d'un circuit oscillateur à cristal selon le troisième aspect de l'invention est qu'il est possible de produire un signal de paramètre numérique (qui, dans de nombreuses applications telles que des dispositifs de télécommunications portatifs numériques, est plus facile à traiter qu'un signal analogique) sans qu'il soit besoin de prévoir un convertisseur analogique-numérique spécial, puisqu'il est possible d'utiliser un convertisseur analogique-numérique existant déjà pour effectuer la conversion du signal de paramètre en plus de la ou des conversions qu'il était initialement destiné à effectuer. A clear advantage of the crystal oscillator circuit according to the second aspect of the invention or of a method for compensating the crystal oscillator of a crystal oscillator circuit according to the third aspect of the invention is that it is possible to produce a digital parameter signal (which in many applications such as portable digital telecommunications devices is easier to process than an analog signal) without the need for a special analog-to-digital converter, since 'It is possible to use an already existing analog-digital converter to carry out the conversion of the parameter signal in addition to the conversion or conversions that it was initially intended to carry out.

De préférence, le paramètre est la température. Selon une autre possibilité, ou une possibilité supplémentaire, le paramètre est l'humidité. Preferably, the parameter is the temperature. According to another possibility, or an additional possibility, the parameter is humidity.

De préférence, l'oscillateur à cristal est destiné à être utilisé dans un dispositif de télécommunications portatif et le convertisseur analogiquenumérique est le convertisseur analogique-numérique de réception qui est utilisé pour convertir les signaux reçus par le dispositif de télécommunications portatif, par exemple les signaux I et Q de la bande de base. Preferably, the crystal oscillator is for use in a portable telecommunications device and the analog-to-digital converter is the receive analog-to-digital converter which is used to convert the signals received by the portable telecommunications device, for example signals I and Q of the baseband.

Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé un procédé permettant de compenser les variations d'un oscillateur à cristal qui sont relatives à un paramètre, I'oscillateur à cristal faisant partie d'un circuit oscillateur à cristal qui comporte en outre des circuits associés connectés à l'oscillateur à cristal, et d'autres circuits associés connectés aux circuits associés, les autres circuits associés comportant une unité de traitement et une mémoire permettant de stocker une pluralité de coefficients, le procédé comprenant les opérations suivantes mesurer un paramètre de l'oscillateur à cristal, produire un signal de paramètre numérique représentatif du paramètre mesuré de l'oscillateur à cristal, appliquer le signal de paramètre numérique à l'unité de traitement, traiter le signal de paramètre numérique avec les coefficients stockés dans la mémoire, et, ainsi, produire un signal de compensation numérique, si bien que le signal de compensation numérique peut être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a fourth aspect of the invention, a method is proposed making it possible to compensate for the variations of a crystal oscillator which are relative to a parameter, the crystal oscillator being part of a crystal oscillator circuit which further comprises associated circuits connected to the crystal oscillator, and other associated circuits connected to the associated circuits, the other associated circuits comprising a processing unit and a memory for storing a plurality of coefficients, the method comprising the following operations measuring a crystal oscillator parameter, producing a digital parameter signal representative of the measured parameter of the crystal oscillator, applying the digital parameter signal to the processing unit, processing the digital parameter signal with the coefficients stored in the memory, and thus produce a digital compensation signal, so that the com signal digital thinking can be used to compensate for frequency variations of the crystal oscillator that are relative to the parameter.

Selon un cinquième aspect de l'invention, il est proposé un circuit oscillateur à cristal comprenant un oscillateur à cristal, des circuits associés connectés à l'oscillateur à cristal, d'autres circuits associés connectés aux circuits associés et un capteur de paramètre servant à produire un signal de paramètre numérique qui est représentatif du paramètre de l'oscillateur à cristal que le capteur est destiné à mesurer, les autres circuits associés comportant une unité de traitement et une mémoire servant à stocker une pluralité de coefficients, la disposition adoptée étant telle que l'unité de traitement reçoit le signal de paramètre numérique et le traite avec les coefficients stockés dans la mémoire de façon à produire ainsi un signal de compensation numérique, si bien que le signal de compensation numérique peut être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a fifth aspect of the invention, a crystal oscillator circuit is proposed comprising a crystal oscillator, associated circuits connected to the crystal oscillator, other associated circuits connected to the associated circuits and a parameter sensor used to producing a digital parameter signal which is representative of the parameter of the crystal oscillator that the sensor is intended to measure, the other associated circuits comprising a processing unit and a memory used to store a plurality of coefficients, the arrangement adopted being such the processing unit receives the digital parameter signal and processes it with the coefficients stored in the memory so as to produce a digital compensation signal, so that the digital compensation signal can be used to compensate for frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

De préférence, le paramètre de l'oscillateur à cristal devant être mesuré est la température. Preferably, the parameter of the crystal oscillator to be measured is the temperature.

Le terme "coefficient" est utilisé ici dans sa signification normale pour désigner un facteur de multiplication de la variable considérée (par exemple lorsque le paramètre en question est la température, la variation de température de l'oscillateur à cristal par rapport à une température de référence initiale fixe,
AT = T-Tinv) ou bien la variable considérée élevée à une puissance particulière (par exemple AT2 ou Au0). The term "coefficient" is used here in its normal meaning to designate a multiplication factor of the variable considered (for example when the parameter in question is the temperature, the temperature variation of the crystal oscillator with respect to a temperature of fixed initial reference,
AT = T-Tinv) or the variable considered raised to a particular power (for example AT2 or Au0).

Un avantage clair d'un circuit oscillateur à cristal selon le cinquième aspect de l'invention ou d'un procédé de compensation de l'oscillateur à cristal d'un circuit oscillateur à cristal selon le quatrième aspect de l'invention est qu'un signal de compensation numérique est susceptible d'être produit avec une quantité minimale de mémoire nécessaire (par comparaison avec une disposition faisant intervenir par exemple une table de recherche), ce qui permet de minimiser l'aire superficielle d'un circuit intégré produisant la mémoire. A clear advantage of a crystal oscillator circuit according to the fifth aspect of the invention or of a method for compensating the crystal oscillator of a crystal oscillator circuit according to the fourth aspect of the invention is that digital compensation signal is capable of being produced with a minimum amount of memory required (by comparison with an arrangement involving for example a search table), which makes it possible to minimize the surface area of an integrated circuit producing the memory .

Selon un sixième aspect de l'invention il est proposé un circuit oscillateur à cristal comprenant un oscillateur à cristal ; des circuits associés connectés à l'oscillateur à cristal, les circuits associés étant réalisés sous la forme d'un circuit intégré et comportant un capteur de paramètre qui sert à produire un signal de paramètre analogique représentatif du paramètre de l'oscillateur à cristal devant être mesuré par le capteur de paramètre ; un convertisseur analogiquenumérique possédant une entrée destinée à recevoir un signal analogique d'entrée; un commutateur connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, le commutateur pouvant commuter entre au moins deux états différents pour sélectivement connecter le signal de paramètre analogique ou un autre signal analogique à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, si bien que le convertisseur numérique-analogique peut sélectivement convertir le signal de paramètre analogique en un signal de paramètre numérique; une unité de traitement; et une mémoire servant à stocker une pluralité de coefficients ; la disposition adoptée étant telle que l'unité de traitement reçoit le signal de paramètre numérique et le traite avec les coefficients stockés dans la mémoire de manière à produire un signal de compensation numérique, si bien que le signal de compensation numérique peut être utilisé pour compenser les variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a sixth aspect of the invention there is provided a crystal oscillator circuit comprising a crystal oscillator; associated circuits connected to the crystal oscillator, the associated circuits being produced in the form of an integrated circuit and comprising a parameter sensor which serves to produce an analog parameter signal representative of the parameter of the crystal oscillator to be measured by the parameter sensor; an analog-to-digital converter having an input for receiving an analog input signal; a switch connected to the input of the analog-digital converter, the switch being able to switch between at least two different states to selectively connect the analog parameter signal or another analog signal to the input of the analog-digital converter, so that the digital-to-analog converter can selectively convert the analog parameter signal to a digital parameter signal; a processing unit; and a memory for storing a plurality of coefficients; the arrangement adopted being such that the processing unit receives the digital parameter signal and processes it with the coefficients stored in the memory so as to produce a digital compensation signal, so that the digital compensation signal can be used to compensate the frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

De préférence, le paramètre est la température, de sorte que le capteur de paramètre est un capteur de température. Preferably, the parameter is temperature, so that the parameter sensor is a temperature sensor.

De préférence, le convertisseur analogique-numérique est un convertisseur analogique-numérique déjà existant, comme par exemple un convertisseur analogique-numérique de bande de base de réception, qui est réalisé sous la forme d'une partie des circuits associés sur le même circuit intégré que le capteur de paramètre. De plus, le commutateur est en outre idéalement réalisé sous la forme d'une partie des circuits associés sur le même circuit intégré que le capteur de paramètre et le convertisseur analogique-numérique. Preferably, the analog-to-digital converter is an already existing analog-to-digital converter, such as for example an analog-to-digital baseband reception converter, which is produced in the form of part of the associated circuits on the same integrated circuit. than the parameter sensor. In addition, the switch is also ideally made in the form of part of the associated circuits on the same integrated circuit as the parameter sensor and the analog-digital converter.

Selon un septième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de compensation des variations d'un oscillateur à cristal qui sont relatives à un paramètre, I'oscillateur à cristal faisant partie d'un circuit oscillateur à cristal qui comporte en outre des circuits associés connectés à l'oscillateur à cristal, les circuits associés étant réalisés sous la forme d'un circuit intégré et comportant un capteur de paramètre qui sert à produit un signal de paramètre analogique représentatif du paramètre de l'oscillateur à cristal que le capteur de paramètre est destiné à mesurer ; un convertisseur analogique-numérique possédant une entrée destinée à recevoir un signal analogique d'entrée ; un commutateur connecté à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, le commutateur pouvant commuter entre au moins deux états différents ; une unité de traitement ; et une mémoire servant à stocker une pluralité de coefficients; le procédé comprenant les opérations suivantes : mesurer le paramètre de l'oscillateur à cristal que le capteur de paramètre est destiné à mesurer et produire un signal de paramètre analogique représentatif de celui-ci à l'aide du capteur de paramètre, faire sélectivement commuter le commutateur dans un état dans lequel le signal de paramètre analogique est appliqué à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, convertir le signal de paramètre analogique en un signal de paramètre numérique, appliquer le signal de paramètre numérique à l'unité de traitement, traiter le signal de paramétre numérique avec les coefficients stockés dans la mémoire et produire ainsi un signal de compensation numérique, si bien que le signal de compensation numérique peut être utilisé pour compenser des variations de fréquence de l'oscillateur à cristal qui sont relatives au paramètre. According to a seventh aspect of the invention, there is provided a method of compensating for variations of a crystal oscillator which are relative to a parameter, the crystal oscillator being part of a crystal oscillator circuit which further comprises associated circuits connected to the crystal oscillator, the associated circuits being produced in the form of an integrated circuit and comprising a parameter sensor which is used to produce an analog parameter signal representative of the parameter of the crystal oscillator that the sensor parameter is intended to measure; an analog-to-digital converter having an input for receiving an analog input signal; a switch connected to the input of the analog-digital converter, the switch being able to switch between at least two different states; a processing unit; and a memory for storing a plurality of coefficients; the method comprising the following operations: measuring the parameter of the crystal oscillator that the parameter sensor is intended to measure and producing an analog parameter signal representative of the latter using the parameter sensor, selectively switching the switch in a state in which the analog parameter signal is applied to the input of the analog-digital converter, convert the analog parameter signal into a digital parameter signal, apply the digital parameter signal to the processing unit, process the digital parameter signal with the coefficients stored in the memory and thereby produce a digital compensation signal, so that the digital compensation signal can be used to compensate for frequency variations of the crystal oscillator which are relative to the parameter.

De préférence, le paramètre à compenser est la température. Preferably, the parameter to be compensated for is the temperature.

Un avantage du circuit oscillateur à cristal selon le sixième aspect de l'invention ou d'un procédé de compensation de l'oscillateur à cristal d'un circuit oscillateur à cristal selon le septième aspect de l'invention est qu'une solution qui est sensiblement complètement intégrée et est efficace du point de vue du coût peut être apportée au problème de la production d'un circuit d'oscillation compensé en température ou par rapport à un autre paramètre, qui peut être utilisé de manière appropriée dans des dispositifs de télécommunications portatifs ou d'autres applications nécessitant une fréquence de référence très bien définie. An advantage of the crystal oscillator circuit according to the sixth aspect of the invention or of a method for compensating the crystal oscillator of a crystal oscillator circuit according to the seventh aspect of the invention is that a solution which is substantially fully integrated and cost effective can be brought to the problem of producing a temperature compensated oscillation circuit or relative to another parameter, which can be appropriately used in telecommunications devices portable or other applications requiring a very well defined reference frequency.

La description suivant, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur la figure unique, qui est un schéma fonctionnel d'un circuit oscillateur à cristal compensé en température selon l'invention. The following description, intended to illustrate the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the single figure, which is a functional diagram of a crystal compensated temperature oscillator circuit according to the invention.

Comme on peut le voir sur la figure unique, le circuit oscillateur à cristal compensé en température comprend un circuit intégré oscillateur (OIC) 10 associé à des composants externes 11, et une unité 20 de microrégisseur (ou un dispositif spécialisé de traitement de signaux), également réalisé sous la forme d'un circuit intégré. L'OIC 10 et les composantes externes associées 1 1 forment une unité d'oscillateur 1. L'OIC 10 est en communication avec l'unité de microrégisseur 20. As can be seen in the single figure, the temperature compensated crystal oscillator circuit comprises an integrated oscillator circuit (OIC) 10 associated with external components 11, and a micro-controller unit 20 (or a specialized signal processing device) , also produced in the form of an integrated circuit. The OIC 10 and the associated external components 1 1 form an oscillator unit 1. The OIC 10 is in communication with the microregulator unit 20.

Dans les composants externes associés 11, le composant le plus important est l'oscillateur à cristal 12 lui-même (c'est-à-dire le morceau de cristal associé à des connexions électriques qui, lorsqu'il est connecté à un circuit d'excitation en réaction approprié, amènera le circuit complet à osciller à une fréquence relativement bien définie pour une température donnée de l'oscillateur à cristal 12). L'OIC 10 peut être considéré comme formant des circuits associés à l'oscillateur à cristal 12, I'oscillateur à cristal 12 et les circuits associés 10 formant ensemble un circuit oscillateur à cristal. Les composants externes peuvent également comporter un condensateur variable connecté à l'oscillateur à cristal à des fins de réglage d'accord de fréquence ainsi que tout composant supplémentaire que l'on ne forme pas facilement sur un circuit intégré. In the associated external components 11, the most important component is the crystal oscillator 12 itself (i.e. the piece of crystal associated with electrical connections which, when connected to a circuit d The appropriate reaction excitation will cause the complete circuit to oscillate at a relatively well defined frequency for a given temperature of the crystal oscillator 12). The OIC 10 can be considered as forming circuits associated with the crystal oscillator 12, the crystal oscillator 12 and the associated circuits 10 together forming a crystal oscillator circuit. External components may also include a variable capacitor connected to the crystal oscillator for frequency tuning purposes, as well as any additional components that are not easily formed on an integrated circuit.

On revient maintenant à l'OIC 10. Un circuit 13 de commande d'oscillateur à cristal est connecté à l'oscillateur à cristal 12 de façon à produire un signal oscillant raisonnablement bien défini pour une température donnée de
I'oscillateur à cristal. De plus, un circuit de réglage d'accord de fréquence est en liaison avec l'oscillateur à cristal 12. Le circuit de réglage d'accord de fréquence comprend principalement un condensateur variable commandé par tension, qui peut être réalisé sous la forme d'un condensateur variable 14 incorporé à la puce ou sous celle des composants externes 1 1 (auquel cas la capacité variable 14 incorporée à la puce ne serait pas nécessairement elle aussi obligatoire). Le condensateur variable 14 est commandé par un signal analogique qui est délivré par un dispositif de commande automatique de fréquence (AFC) 15. L'AFC 15 est, pour l'essentiel, un convertisseur numérique-analogique qui lui permet de recevoir un ou plusieurs signaux de commande numériques en entrée et de délivrer un signal analogique qui commande le condensateur variable 14.We now return to the OIC 10. A circuit 13 for controlling the crystal oscillator is connected to the crystal oscillator 12 so as to produce a reasonably well defined oscillating signal for a given temperature of
The crystal oscillator. In addition, a frequency tuning circuit is connected to the crystal oscillator 12. The frequency tuning circuit mainly comprises a variable voltage-controlled capacitor, which can be realized in the form of a variable capacitor 14 incorporated into the chip or under that of the external components 1 1 (in which case the variable capacity 14 incorporated into the chip would not necessarily also be mandatory). The variable capacitor 14 is controlled by an analog signal which is delivered by an automatic frequency control device (AFC) 15. The AFC 15 is, essentially, a digital-analog converter which allows it to receive one or more digital control signals as input and deliver an analog signal which controls the variable capacitor 14.

Sur l'OIC 10, sont également formés un capteur de paramètre 16, qui, dans ce cas, se présente sous la forme d'un capteur de température 16, un commutateur 17 et un convertisseur analogique-numérique 18. Le capteur de température peut être tout capteur approprié pouvant être formé sur un circuit intégré d'une manière bien connue. Un semblable capteur approprié est un dispositif du type transistor npn ou pnp, dans lequel la tension aux bornes de la jonction "base-émetteur" varie avec la température d'une manière connue. Un tel capteur est fréquemment appelé dans la technique un capteur AVbe. On the OIC 10, a parameter sensor 16 is also formed, which, in this case, is in the form of a temperature sensor 16, a switch 17 and an analog-digital converter 18. The temperature sensor can be any suitable sensor that can be formed on an integrated circuit in a well known manner. A similar suitable sensor is a device of the npn or pnp transistor type, in which the voltage across the terminals of the "base-emitter" junction varies with temperature in a known manner. Such a sensor is frequently called in the art an AVbe sensor.

Le convertisseur analogique-numérique 18 est un convertisseur déjà existant, comme le convertisseur analogique-numérique à 10 bits de la bande de base de réception, que l'on trouve typiquement sur l'OIC 10 d'un émetteurrécepteur destiné à être utilisé dans un dispositif de télécommunications du type portatif ou une application analogue. The analog-to-digital converter 18 is an already existing converter, like the 10-bit analog-to-digital converter of the reception baseband, which is typically found on the OIC 10 of a transceiver intended for use in a portable type telecommunications device or similar application.

L'unité de microrégisseur 20 est distincte de l'OIC 10 et est de préférence une unité de microrégisseur générale qui sert à un certain nombre de buts différents imposés par l'application considérée (par exemple le codage et le décodage des signaux, le traitement général des signaux, etc.). L'unité de microrégisseur 20 comporte une unité de traitement 21 et une mémoire 22 (qui, dans la plupart des applications, est de préférence une mémoire rémanente) connectée à l'unité de traitement 21. L'unité de traitement 21 et la mémoire 22 peuvent toutes deux être de conception classique. The microregulator unit 20 is separate from the OIC 10 and is preferably a general microregulator unit which serves a number of different purposes imposed by the application under consideration (e.g. coding and decoding of signals, processing signal, etc.). The micro-controller unit 20 comprises a processing unit 21 and a memory 22 (which, in most applications, is preferably a non-volatile memory) connected to the processing unit 21. The processing unit 21 and the memory 22 can both be of conventional design.

L'unité de traitement 21 est connectée au convertisseur analogiquenumérique 18, de façon à recevoir de celui-ci un signal numérique d'entrée, et à l'AFC 15 de façon à délivrer à celui-ci un signal numérique. L'unité de traitement 21 est également connectée au commutateur 17 de façon à commander la position du commutateur. Sur la figure unique, le commutateur 17 est représenté comme étant un commutateur actif qui peut être connecté sur deux positions différentes de façon à recevoir ou bien un signal de paramètre analogique de sortie 31, venant du capteur de température 16, ou bien un signal analogique 38 non spécifié, qui peut par exemple être un signal I ou Q de la bande de base. Toutefois, il faut comprendre qu'il s'agit d'un simple exemple d'un montage de commutation possible permettant d'assurer qu'un seul signal, entre le signal de paramètre analogique 31, qui est, dans ce cas, un signal de température analogique, et tout autre signal non spécifié 38, sera appliqué, à un moment donné, au convertisseur analogique-numérique 18. The processing unit 21 is connected to the analog-to-digital converter 18, so as to receive therefrom an input digital signal, and to the AFC 15 so as to deliver a digital signal thereto. The processing unit 21 is also connected to the switch 17 so as to control the position of the switch. In the single figure, the switch 17 is shown as being an active switch which can be connected in two different positions so as to receive either an analog output parameter signal 31, coming from the temperature sensor 16, or an analog signal 38 not specified, which may for example be an I or Q signal of the baseband. However, it should be understood that this is a simple example of a possible switching arrangement making it possible to ensure that a single signal, between the analog parameter signal 31, which is, in this case, a signal analog temperature, and any other unspecified signal 38, will be applied, at some point, to analog to digital converter 18.

En fonctionnement, lorsqu'une compensation de température de l'oscillateur à cristal est nécessaire (typiquement au moment de la mise en marche), I'unité de traitement 21 sélectionne, via le signal 30, le commutateur de façon à connecter le capteur de température 16 au convertisseur analogiquenumérique 18. Le capteur de température 16 produit un signal de température analogique 31 qui est représentatif de la température de l'oscillateur à cristal 12 (en fait, le capteur de température 16 est seulement en mesure de mesurer la température de l'OIC 10, lequel est naturellement légèrement séparé de l'oscillateur à cristal 12, mais, toutefois, la dissipation de puissance et la conductivité thermique des OIC modernes sont suffisamment faibles pour que la différence de température entre l'oscillateur à cristal 12 et l'OIC soit inférieure à 4"C, cette différence étant suffisamment petite pour autoriser une compensation précise de la température du circuit oscillateur à cristal). Le signal de température analogique 31 est appliqué à l'entrée du circuit convertisseur analogiquenumérique, qui le convertit en un signal de paramètre numérique 32, qui est dans ce cas un signal de température numérique. In operation, when temperature compensation of the crystal oscillator is necessary (typically at the time of switching on), the processing unit 21 selects, via the signal 30, the switch so as to connect the sensor. temperature 16 to the analog to digital converter 18. The temperature sensor 16 produces an analog temperature signal 31 which is representative of the temperature of the crystal oscillator 12 (in fact, the temperature sensor 16 is only able to measure the temperature of the OIC 10, which is naturally slightly separated from the crystal oscillator 12, but, however, the power dissipation and thermal conductivity of modern OICs are low enough that the temperature difference between the crystal oscillator 12 and the OIC is less than 4 "C, this difference being small enough to allow precise compensation of the temperature of the oscillated circuit The analog temperature signal 31 is applied to the input of the analog to digital converter circuit, which converts it into a digital parameter signal 32, which in this case is a digital temperature signal.

Le signal de température numérique 32 est appliqué à l'entrée de l'unité de traitement 21, qui traite ce signal avec des coefficients stockés dans la mémoire 22. Le traitement effectué par l'unité de traitement 21 implique essentiellement le calcul d'une valeur de compensation de température selon l'équation de Buckman, laquelle est donnée par:
Af= al.AT + a2.AT2 + a3.AT3 où Af est la variation de fréquence du circuit d'oscillation qui est provoquée par la variation de température de l'oscillateur à cristal par rapport à une température de référence initiale, et al, a2 et a3 sont les coefficients qui sont stockés dans la mémoire. Les coefficients al, a2 et a3 peuvent varier d'un oscillateur à cristal à un autre et sont de préférence déterminés et programmés dans la mémoire au moment de l'assemblage en usine du circuit oscillateur à cristal.The digital temperature signal 32 is applied to the input of the processing unit 21, which processes this signal with coefficients stored in the memory 22. The processing performed by the processing unit 21 essentially involves the calculation of a temperature compensation value according to Buckman's equation, which is given by:
Af = al.AT + a2.AT2 + a3.AT3 where Af is the frequency variation of the oscillation circuit which is caused by the temperature variation of the crystal oscillator compared to an initial reference temperature, et al , a2 and a3 are the coefficients which are stored in the memory. The coefficients a1, a2 and a3 can vary from one crystal oscillator to another and are preferably determined and programmed in the memory at the time of the factory assembly of the crystal oscillator circuit.

Selon une autre possibilité, Af pourrait etre précalculé sur un intervalle de valeurs différentes de AT, et ces valeurs précalculées de Af pourraient être stockées dans une table de recherche disposée dans la mémoire 22. Ceci aurait pour avantage de diminuer le temps nécessaire à l'obtention d'une valeur de Af pour une valeur particulière de AT, mais aurait pour inconvénient d'occuper plus de place dans la mémoire 22, ce qui, dans certaines applications, peut représenter une coûteuse augmentation de la quantité de silicium nécessaire à la fabrication de l'unité 20 de microrégisseur (ou dispositif de traitement de signaux spécialisé). According to another possibility, Af could be precomputed on a range of values different from AT, and these precomputed values of Af could be stored in a search table arranged in the memory 22. This would have the advantage of reducing the time necessary for the obtaining a value of Af for a particular value of AT, but would have the disadvantage of occupying more space in the memory 22, which, in certain applications, can represent a costly increase in the quantity of silicon necessary for manufacturing of the micro-controller unit 20 (or specialized signal processing device).

Une fois que Af a été calculé, un signal de compensation numérique 33 représentatif de Af est produit par l'unité de microrégisseur 20 et est délivré à l'OIC 10, pour être appliqué à l'entrée de l'AFC 15. L'AFC 15 utilise le signal de compensation numérique avec tout autre signal d'ajustement de fréquence 34 venant de l'unité de microrégisseur 20 pour produire un signal de réglage d'accord de fréquence analogique 35, qui est appliqué à l'entrée du condensateur variable 14. Enfin, le condensateur variable 14 produit un signal 36 de modification de fréquence qui est appliqué aux composants externes associés 11 (par exemple le signal de modification de fréquence 36 peut simplement comprendre une tension continue dont la valeur détermine la capacité d'un condensateur variable (non représenté) connecté en parallèle ou en série avec l'oscillateur à cristal 12). Le signal de modification de fréquence a pour effet de modifier la fréquence du signal oscillant produit par l'oscillateur à cristal 12 en liaison avec le circuit de commande 13. Once Af has been calculated, a digital compensation signal 33 representative of Af is produced by the micro-controller unit 20 and is delivered to the OIC 10, to be applied to the input of the AFC 15. The AFC 15 uses the digital compensation signal with any other frequency adjustment signal 34 from the micro-controller unit 20 to produce an analog frequency tuning adjustment signal 35, which is applied to the input of the variable capacitor 14. Finally, the variable capacitor 14 produces a frequency modification signal 36 which is applied to the associated external components 11 (for example the frequency modification signal 36 can simply comprise a direct voltage whose value determines the capacitance of a capacitor variable (not shown) connected in parallel or in series with the crystal oscillator 12). The frequency modification signal has the effect of modifying the frequency of the oscillating signal produced by the crystal oscillator 12 in connection with the control circuit 13.

Un avantage important du montage ci-dessus décrit est qu'il est très polyvalent. Non seulement, ce montage est idéalement adapté à l'utilisation dans des téléphones cellulaires GSM en tant que système peu coûteux de compensation en température, pouvant facilement être installé sur des modèles de combinés déjà existants, mais il peut aussi être utilisé dans toute autre application semblable nécessitant une compensation en température peu coûteuse, mais efficace. De plus, ce montage peut facilement être adapté à la compensation de variations de fréquence d'autres types, comme celles provoquées par des facteurs externes autres qu'une variation de température, comme par exemple des variations de l'humidité ambiante, ou bien encore pour compenser les variations de fréquence provoquées par les variations de température du circuit de réglage d'accord de fréquence. An important advantage of the assembly described above is that it is very versatile. This assembly is not only ideally suited for use in GSM cell phones as an inexpensive temperature compensation system, which can easily be installed on already existing handset models, but it can also be used in any other application. similar requiring inexpensive but effective temperature compensation. In addition, this arrangement can easily be adapted to compensate for frequency variations of other types, such as those caused by external factors other than a temperature variation, such as for example variations in ambient humidity, or else to compensate for frequency variations caused by temperature variations in the frequency tuning control circuit.

L'homme de l'art aura compris que d'autres modes de réalisation que ceux ci-dessus décrits sont possibles. En particulier, alors que le commutateur 17 a été présenté comme étant un commutateur actif, qui peut commuter entre deux positions différentes seulement, il apparaîtra évident à l'homme de l'art que le commutateur 17 pourrait être un commutateur actif qui peut commuter entre plus de deux positions différentes afin de permettre l'application sélective distincte de trois signaux analogiques, ou plus, à l'entrée du convertisseur analogiquenumérique 18. Selon une variante, un montage de commutation passif pourrait être adopté, lequel aurait le même effet, qui est d'assurer qu'un seul signal parmi le signal de température 31 et un ou plusieurs autres signaux analogiques 38 est appliqué à un moment donné à l'entrée du convertisseur analogique-numérique 18. Those skilled in the art will have understood that other embodiments than those described above are possible. In particular, while the switch 17 has been presented as an active switch, which can switch between only two different positions, it will be apparent to those skilled in the art that the switch 17 could be an active switch which can switch between more than two different positions in order to allow the separate selective application of three or more analog signals to the input of the analog to digital converter 18. Alternatively, a passive switching arrangement could be adopted, which would have the same effect, which is to ensure that only one signal from the temperature signal 31 and one or more other analog signals 38 is applied at a given time to the input of the analog-digital converter 18.

De plus, alors que l'invention a été décrite en liaison avec un mode de réalisation préféré dans lequel la température de l'oscillateur à cristal fait l'objet d'une compensation, I'homme de l'art comprendra que l'invention est également applicable à la compensation d'autres paramètres affectant l'oscillateur à cristal, comme par exemple l'humidité. In addition, while the invention has been described in connection with a preferred embodiment in which the temperature of the crystal oscillator is compensated, those skilled in the art will understand that the invention is also applicable to the compensation of other parameters affecting the crystal oscillator, such as humidity.

Bien entendu, I'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.  Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the devices and methods the description of which has just been given by way of illustration only and in no way limitative, various variants and modifications not departing from the scope of the invention.