基于SoC方案的智能電表時鐘校準(zhǔn)

　　該諧振器具有串聯(lián)諧振頻率f_q和并聯(lián)諧振頻率f_p兩個諧振頻率，分別為：
???????? 　　(3)?　　

?

　　單片機(jī)振蕩電路除了晶體振蕩器之外還包括放大器^[3]，如圖4所示，兩者形成閉環(huán)，晶體起到選頻反饋?zhàn)饔?，放大器輸入阻抗較大。為達(dá)到匹配效果，晶振工作在并聯(lián)諧振狀態(tài)下，并聯(lián)電容C₀對頻率響應(yīng)有較大影響，通過在外圍增加旁路電容C_L，減小電容C₀對并聯(lián)諧振頻率的影響，并聯(lián)電容后諧振頻率變?yōu)?
???????? ?? (4)?

　　由式(4)還可以看出晶體的并聯(lián)諧振頻率隨著負(fù)載電容的變化會產(chǎn)生微小變化，可以通過改變負(fù)載電容的大小抵消晶體頻率隨溫度的偏移^[4]，這就是電容補(bǔ)償時鐘精度的基本原理，修調(diào)靈敏度S用來表示晶體的中心頻率與負(fù)載電容C_L的關(guān)系：
???????? ??? (5)?

　　修調(diào)靈敏度與負(fù)載電容C_L有關(guān)，C_L越大修調(diào)靈敏度越小，如果希望得到一個相對穩(wěn)定的頻率信號，需要一個大的C_L值;如果希望得到一個頻率可變的振蕩器，需要一個相對較小的C_L值^[5]。所以C_L需要控制在一定范圍內(nèi)，同時保證頻率精度和工作穩(wěn)定性。

　　數(shù)字補(bǔ)償

　　電容補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢在于精細(xì)，可以實(shí)現(xiàn)步距小于±1ppm的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精確微調(diào)，但為保證晶振起振和穩(wěn)定運(yùn)行，旁路電容的大小有一定限制，電容補(bǔ)償?shù)钠罘秶ǔＯ薅ㄔ凇?0ppm范圍內(nèi)，為增加補(bǔ)償量，需要采用數(shù)字補(bǔ)償?shù)姆绞?。電表輸出的秒脈沖是通過一個計數(shù)器對32.768kHz時鐘計數(shù)，計數(shù)值滿32768時溢出，計為一個秒周期。如將計數(shù)器溢出值改為32769，則秒周期改變量為:
???????? ?

　　因此通過改變計數(shù)器溢出值即可獲得30.5ppm整數(shù)倍的頻率補(bǔ)償量。

　　補(bǔ)償數(shù)據(jù)計算

　　為實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器全溫度范圍內(nèi)輸出精確頻率，需要通過調(diào)節(jié)負(fù)載電容和數(shù)據(jù)補(bǔ)償寄存器，獲得一定頻率補(bǔ)償量?f_cal ，保證其與晶體在這一溫度下的振蕩偏移值大小相等符號相反，即?f_cal=-?f 。為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)負(fù)載電容大小的目的，單片機(jī)中設(shè)計了11位的電容控制寄存器，用以控制11個并聯(lián)電容的通斷，其中第n顆電容的大小為：
???????? ?

　　通過對相應(yīng)寄存器的bit位置1或0，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位置的電容與晶振并聯(lián)或斷開，達(dá)到改變負(fù)載電容大小的目的，電容并聯(lián)后的值：
???????? ??? (8)?

　　其中b_n為寄存器相應(yīng)bit位的值，D_reg為寄存器值。

　　通過單片機(jī)自帶的溫度傳感器，可以獲得當(dāng)前晶振溫度，利用式1計算出晶體振蕩的偏差?f，通過修改負(fù)載電容補(bǔ)償頻率偏差，為此需要建立電容與頻率改變之間的關(guān)系，圖5顯示了電容與頻率改變量的關(guān)系，橫軸為并聯(lián)電容值，縱軸為頻率改變量?！　?/p>

?