低功耗低频快速起振电路的设计_赵毅强

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1、第38卷第7期北京工业大学学报Vol．38No．72012年7月JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYJul．2012低功耗低频快速起振电路的设计赵毅强，杨栋(天津大学电子信息工程学院，天津300072)摘要:为了解决传统皮尔斯结构互补氧化金属半导体(CMOS)晶振电路功耗过大的问题，设计了一种集成在专用无磁计量芯片内的低频起振电路，其振荡频率为32.768kHz．在传统皮尔斯结构晶振电路的基础上，设计了改进型推拉式晶振电路，有效地降低了功耗，并能实现快速起振．采用Chartered的0.35μm

2、工艺模型进行设计、仿真和流片．测试结果表明，电路工作正常，稳定后平均工作电流仅为0.39μA，起振时间小于200ms，满足了系统对频率及功耗的要求．关键词:晶振;低频起振;低功耗中图分类号:TN492文献标志码:A文章编号:0254－0037(2012)07－1068－05DesignofLow-powerLow-frequencyandFastStart-upCircuitZHAOYi-qiang，YANGDong(SchoolofElectronicInformationEngineering，TianjinUniversity，

3、Tianjin300072，China)Abstract:Toovercomethelimitationoflargepowerinthecomplementarymetal-oxidesemiconductor(CMOS)crystaloscillatorcircuitoftraditionalPiercestructure，thispaperdesignedakindoflow-frequencystart-uposcillatorcircuit，whichwasintegratedintothespecificnon-magne

4、ticmeterchipanditsfrequencywas32.768kHz．Byusingtheimprovedpush-pullcrystaloscillatorcircuit，thedesignedcircuitcouldreducethepowereffectivelyandstartupquickly．Thecircuitdesign，simulationandtapeouthadbeencompletedbyadoptingtheChartered0.35μmprocessmodel．Testresultsshowtha

5、tthecircuitworkscorrectly，theaverageoperatingcurrentis0.39μAafterstabilization，andthestart-uptimeislessthan200ms，whichmeetthesystem'srequirementsoffrequencyandpower．Keywords:crystaloscillator;low-frequencystart-up;lowpower皮尔斯结构的互补氧化金属半导体(CMOS)晶晶振电路，其振荡频率为32.768kHz．由于在CM

6、OS［1］振电路，作为时钟发生器，在数字电路中有着广电路中低频起振难度较大，所以，在保证电路能有效泛的应用．起振的同时，大幅度降低其功耗以满足整个系统的随着电路集成度的提高，要求时钟电路也集成要求是电路设计的一个难点．在片内，而传统皮尔斯结构晶振电路的功耗较大，导本文对传统皮尔斯结构进行了改进，并加入一致系统功耗过大，不利于片内集成．因此，本文设计种推拉式电路结构，在保证快速起振的同时，大幅度了一种用于一款专用无磁计量芯片内的低频CMOS降低了电路的功耗．收稿日期:2009-04-20．基金项目:天津市科技支撑计划重点资助项目(08Z

7、CKFGX00200)．作者简介:赵毅强(1964—)，教授，主要从事模拟及混合信号集成电路设计方面的研究，E-mail:zyq9068@sina．com．第7期赵毅强，等:低功耗低频快速起振电路的设计1069提供32.768kHz的时钟信号，由于起振频率很低，1基本皮尔斯振荡电路所以需要增大等效电容CC的值才能使电路有效［2］基本的CMOS皮尔斯结构，如图1所示．放起振并提高振荡频率的稳定性．但是，大的电容值大部分由一个MOS管N1构成，P1为电流源负载，会使通过晶体的充放电电流比较大，增加电路的反馈电阻Rf提供偏置，为了减小负载效

8、应和降低功功耗，给整个片上系统的设计带来较大负担，因耗，Rf应取较大值．此，需要对这种基本结构进行改进，使其能在有效起振的基础上降低功耗，从而满足系统对于功耗的要求．2电路改进功耗的降低主要可以从降低电源电压和减小电流2