【技术实现步骤摘要】
本申请涉及微机电系统，具体涉及一种mems恒温振荡器及温度补偿方法。
技术介绍
1、微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。mems技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。mems器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。
2、mems谐振器系统通常包括多个电极以驱动mems谐振器。众所周知，当偏压施加到谐振体时，电荷积聚在谐振体上，这在电极和积聚在谐振体上的相反电荷之间产生静电力。通过向驱动电极施加时变驱动电压信号，通常与dc(direct current，直流电流)电压组合，可以产生时变静电力，其导致mems谐振器振荡。
3、恒温晶体振荡器(oven controlled crystal oscillator,ocxo)是目前频率准确度、稳定度最好的振荡器，其在短期稳定度、相位噪声等指标上具有非常优异的性能，被广泛应用于通信、导航、雷达、精密仪器仪表以及测试设备中。但是另一方面，恒温晶体振荡器因为采用独立于谐振器的温度传感器和加热器去进行温度测量和温度控制，通常体积较大，功耗较高，难以满足当前如无人机，小基站或者移动设备的功耗和体积要求。
4、为了减小恒温振荡器的体积和功耗，基于片上(on-chip)测温控温技术的mems恒温振荡器近年来获得了学术界和工业界的重视。如美国斯坦福大学在2020年提出了一种片上加热恒温mems振荡器，方
5、因此，目前急需一种输出频率精度高的mems恒温振荡器。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请提供一种mems恒温振荡器及温度补偿方法，以解决现有的mems恒温振荡器输出频率精度低的问题。
2、本申请提供一种mems恒温振荡器，包括封装结构、asic电路芯片以及mems谐振器芯片，所述封装结构包括封装基板和封装外壳，所述asic电路芯片以及所述mems谐振器芯片依次堆叠于所述封装基板上，所述封装外壳覆盖所述asic电路芯片、所述mems谐振器芯片以及至少部分所述封装基板，其中，所述mems谐振器芯片包括间隔设置的第一谐振子、第二谐振子以及第三谐振子，所述第一谐振子与所述第二谐振子构成测温结构，所述测温结构用于获取所述第一谐振子生成的第一频率输出信号与所述第二谐振子生成的第二频率输出信号的频差信息，所述asic电路芯片包括温度测量电路，所述温度测量电路用于根据所述频差信息提取所述mems谐振器芯片的温度信息，所述第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的一者，所述第二谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的另一者，所述第三谐振子具有带温度拐点的频率温度曲线。
3、在一些实施例中，所述第一谐振子为四边形结构和矩形结构中的一者，所述第二谐振子为四边形结构和矩形结构中的另一者，所述第三谐振子为边角为圆角的矩形结构。
4、在一些实施例中，所述mems谐振器芯片还包括加热框以及第一连接结构，所述第一谐振子、所述第二谐振子以及所述第三谐振子均通过所述第一连接结构与所述加热框连接。
5、在一些实施例中，所述第一连接结构包括间隔设置的第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆连接于所述第一谐振子的对边和对角中的一者，所述第二连接杆连接于所述第二谐振子的对边和对角中的另一者，所述第三连接杆连接于所述第三谐振子的对边。
6、在一些实施例中，所述mems谐振器芯片还包括芯片衬底以及第二连接结构，所述加热框通过所述第二连接结构与所述芯片衬底连接。
7、在一些实施例中，所述asic电路芯片还包括用于激发所述第一谐振子生成第一频率输出信号、所述第二谐振子生成第二频率输出信号以及所述第三谐振子第三频率输出信号的振荡电路，所述振荡电路包括第一振荡电路、第二振荡电路以及第三振荡电路，所述第一振荡电路与所述第一谐振子连接，所述第二振荡电路与所述第二谐振子连接，所述第三振荡电路与所述第三谐振子连接。
8、在一些实施例中，所述封装基板中设置有加热结构。
9、在一些实施例中，所述asic电路芯片还包括加热控制电路，所述加热控制电路基于所述温度信息输出加热电压不同的第一加热电压以及第二加热电压，用于控制所述加热结构的加热电阻以及所述加热框产生热量来控制所述mems谐振器芯片的温度。
10、在一些实施例中，所述asic电路芯片还包括频率综合电路，所述频率综合电路用于根据所述温度信息对所述第三谐振子的输出频率进行温度补偿。
11、本申请还提供一种温度补偿方法，使用如上所述的mems恒温振荡器执行所述温度补偿方法，包括：
12、激发第一谐振子生成第一频率输出信号、激发第二谐振子生成第二频率输出信号以及激发第三谐振子生成第三频率输出信号，其中，所述第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的一者，所述第二谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的另一者，所述第三谐振子具有带温度拐点的频率温度曲线；
13、所述第一谐振子以及所述第二谐振子构成的测温结构对所述第一频率输出信号以及所述第二频率输出信号进行信号处理，获取频差信息；
14、温度测量电路通过所述频差信息提取mems谐振器芯片的温度信息；
15、将所述温度信息传输至加热控制电路，所述加热控制电路基于所述温度信息输出加热电压不同的第一加热电压以及第二加热电压，以控制加热结构的加热电阻以及加热框产生热量来控制所述mems谐振器芯片的温度，且频率综合电路基于所述温度信息对所述第三谐振子的第三频率输出信号进行温度补偿。
16、本申请提供一种mems恒温振荡器及温度补偿方法，mems恒温振荡器包括封装结构、asic电路芯片以及mems谐振器芯片，封装结构包括封装基板和封装外壳，asic电路芯片以及mems谐振器芯片依次堆叠于封装基板上，封装外壳覆盖asic电路芯片、mems谐振器芯片以及至少部分封装基板，其中，mems谐振器芯片包括间隔设置的第一谐振子、第二谐振子以及第三谐振子，第一谐振子与第二谐振子构成测温结构，测温结构用于获取第一谐振子生成的第一频率输出信号与第二谐振子生成的第二频率输出信号的频差信息，asic电路芯片包括温度测量电路，温度测量电路用于根据频差信息提取mems谐振器芯片的温度信息，第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的一者，第二谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的另一者，第三谐振子具有带温度拐点的频率温度曲线。在本申请中，因第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MEMS恒温振荡器，其特征在于，包括封装结构、ASIC电路芯片以及MEMS谐振器芯片，所述封装结构包括封装基板和封装外壳，所述ASIC电路芯片以及所述MEMS谐振器芯片依次堆叠于所述封装基板上，所述封装外壳覆盖所述ASIC电路芯片、所述MEMS谐振器芯片以及至少部分所述封装基板，其中，所述MEMS谐振器芯片包括间隔设置的第一谐振子、第二谐振子以及第三谐振子，所述第一谐振子与所述第二谐振子构成测温结构，所述测温结构用于获取所述第一谐振子生成的第一频率输出信号与所述第二谐振子生成的第二频率输出信号的频差信息，所述ASIC电路芯片包括温度测量电路，所述温度测量电路用于根据所述频差信息提取所述MEMS谐振器芯片的温度信息，所述第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的一者，所述第二谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的另一者，所述第三谐振子具有带温度拐点的频率温度曲线。
2.根据权利要求1所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述第一谐振子为四边形结构和矩形结构中的一者，所述第二谐振子为四边形结构和矩形结构中的另一者，所述第三谐振子为边角为
3.根据权利要求1所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述MEMS谐振器芯片还包括加热框以及第一连接结构，所述第一谐振子、所述第二谐振子以及所述第三谐振子均通过所述第一连接结构与所述加热框连接。
4.根据权利要求3所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述第一连接结构包括间隔设置的第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆连接于所述第一谐振子的对边和对角中的一者，所述第二连接杆连接于所述第二谐振子的对边和对角中的另一者，所述第三连接杆连接于所述第三谐振子的对边。
5.根据权利要求3所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述MEMS谐振器芯片还包括芯片衬底以及第二连接结构，所述加热框通过所述第二连接结构与所述芯片衬底连接。
6.根据权利要求3所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述ASIC电路芯片还包括用于激发所述第一谐振子生成第一频率输出信号、所述第二谐振子生成第二频率输出信号以及所述第三谐振子第三频率输出信号的振荡电路，所述振荡电路包括第一振荡电路、第二振荡电路以及第三振荡电路，所述第一振荡电路与所述第一谐振子连接，所述第二振荡电路与所述第二谐振子连接，所述第三振荡电路与所述第三谐振子连接。
7.根据权利要求6所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述封装基板中设置有加热结构。
8.根据权利要求7所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述ASIC电路芯片还包括加热控制电路，所述加热控制电路基于所述温度信息输出加热电压不同的第一加热电压以及第二加热电压，用于控制所述加热结构的加热电阻以及所述加热框产生热量来控制所述MEMS谐振器芯片的温度。
9.根据权利要求8所述的MEMS恒温振荡器，其特征在于，所述ASIC电路芯片还包括频率综合电路，所述频率综合电路用于根据所述温度信息对所述第三谐振子的输出频率进行温度补偿。
10.一种温度补偿方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的MEMS恒温振荡器执行所述温度补偿方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种mems恒温振荡器，其特征在于，包括封装结构、asic电路芯片以及mems谐振器芯片，所述封装结构包括封装基板和封装外壳，所述asic电路芯片以及所述mems谐振器芯片依次堆叠于所述封装基板上，所述封装外壳覆盖所述asic电路芯片、所述mems谐振器芯片以及至少部分所述封装基板，其中，所述mems谐振器芯片包括间隔设置的第一谐振子、第二谐振子以及第三谐振子，所述第一谐振子与所述第二谐振子构成测温结构，所述测温结构用于获取所述第一谐振子生成的第一频率输出信号与所述第二谐振子生成的第二频率输出信号的频差信息，所述asic电路芯片包括温度测量电路，所述温度测量电路用于根据所述频差信息提取所述mems谐振器芯片的温度信息，所述第一谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的一者，所述第二谐振子具有负线性频率温度曲线和正线性频率温度曲线中的另一者，所述第三谐振子具有带温度拐点的频率温度曲线。
2.根据权利要求1所述的mems恒温振荡器，其特征在于，所述第一谐振子为四边形结构和矩形结构中的一者，所述第二谐振子为四边形结构和矩形结构中的另一者，所述第三谐振子为边角为圆角的矩形结构。
3.根据权利要求1所述的mems恒温振荡器，其特征在于，所述mems谐振器芯片还包括加热框以及第一连接结构，所述第一谐振子、所述第二谐振子以及所述第三谐振子均通过所述第一连接结构与所述加热框连接。
4.根据权利要求3所述的mems恒温振荡器，其特征在于，所述第一连接结构包括间隔设置的第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆，所述第一连接杆连接于所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷永庆，朱雁青，
申请(专利权)人：麦斯塔微电子深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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