一种基于温度和工艺补偿控制的高稳定环形振荡器设计

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1、万方数据DESIGNOFHIGHSTABLEⅪNGOSCILLATORWITHTEMPER√锕UREANDPROCESCOMPENSATIONCONTROLAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBY妁勿XinhuaSupervisedbyandSeniorEngineerSchoolofIntegratedCircuitsSoutheastUniversityMay2014万方数据独创性声明删tlllEIIIllllflllllllllllllllll(1llllllrY2

2、706822东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：尊雏日期：矽f妒6．-7东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密

3、期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：]犀垫幺导师签名：姜!釜日期：Ⅺt恤6．7万方数据摘要振荡器是各种数模混合集成电路中的重要模块，其输出振荡信号的稳定性是最重要的指标。设计频率与温度、工艺、电源电压等因素近似无关的高稳定振荡器是实现振荡器应用的基本前提，具有重要的工程应用价值。本论文详细分析了环形振荡器的工作原理，探讨了工艺和温度漂移引起的电路参数和振荡频率的变化，介绍了用于实现频率稳定的几种补偿方法，并且最终选择了采用参数匹配的补偿方式进行电路设计。本论文通过对传统型参数匹配补偿电

4、路的分析，指出了其存在的静态工作点不合适、工艺和温度补偿特性与振荡电路要求不符、振荡频率受电阻工艺漂移影响大、电源扰动易引起频率变化等问题，并提出了相应的改进结构，满足了系统补偿的要求。本论文提出的改进型参数匹配补偿电路通过重新设计无电阻定义型电流偏置电路、合理设置阈值电压感应管、添加R2／RI型转换结构，很好地完成了补偿电路与压控环形振荡器(VoltageControlledOscillator，VCO)的匹配连接，获得了较好的温度和工艺漂移补偿效果，并且消弱了电阻工艺漂移对振荡频率的影响；通过采用特定的延迟单元和复制偏置电路使振荡频率理论上与电源电压无关。本论文设计的高稳定环形振荡器基

5、于CSMC0．59m标准CMOS工艺，采用Cadencespectre仿真工具进行了仿真验证。前仿结果表明，在．20。C、tt工艺角下，典型振荡频率为450MHz、典型占空比为49．4％：在-40～30℃范围内，频率温度系数的最小值和最大值分别为60ppm／'C和670pprn／'C；在典型．20。C下，频率工艺漂移相对变化率为士6．53％：在典型tt、．20℃下，频率电阻工艺漂移相对变化率为士2．49％，体现了较好的频率稳定性能。由于寄生参数的影响，后仿结果略差于前仿，但仍满足设计指标。对设计的环振电路进行了MPW流片测试验证，测试结果显示，芯片在典型-20℃下的振荡频率为206．28M

6、Hz，频率温度系数为1310ppm／。C。本论文设计的高稳定环形振荡器可应用于红外读出电路(ReadoutIntegratedCircuit，ROIC)，产生的三相时钟信号可用于对时间进行细计数，减小测量误差。测试结果表明，电路功能正确。关键词：环振，温度补偿，工艺补偿，频率稳定性，时钟万方数据万方数据AbstractOscillatorisanimportantmoduleinallkindsofmixed-signalintegratedcircuits．Thestabilityofoutputfrequencysignalisthemostimportanttarget．Design

7、inganoscillatorwhichapproximatelyhasnothingtodowithtemperature，process，supplypowerandSOonisthebasicpremiseofapplicationandhasimportantvalueofengineeringapplication．Inthispaper,wefirstlyanalyzetheoperatingprincipl