一种基于CMOS工艺的高稳定片内振荡器的设计

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1、L一设计悉【!jJ』j一种基于CMOS工艺的高精度片内振荡器的设计陈崴，施隆照(福州大学物理与信息工程学院，福州350002)摘要：采用恒流源充放电及温度补偿技术设计了一款结构简单、易于集成的片内振荡器。该模块的核心为利用带隙基准电流源产生一路零温度系数电流，并用该电流源对电容进行充放电；设置比较器的高低阈值电压的差值为负温度系数与电容的正温度系数相互补偿，尽可能减弱温度对振荡周期的影响，产生高稳定且占空比可调的矩形波。采用华虹NEC0．35mCZ6H工艺设计，经CadenceSpectl"e软件仿真表明标准状况下该模

2、块振荡频率为6．321MHz，在一20到100℃的温度区间内其温度系数仅为42ppm／C。关键词：恒流源；振荡器；温度补偿；高精度Designofaon-chipCMOSOscillatorwithHighPrecisionCHENWei，SHILong—zhaofFuzhouUniversityDTVEngineeringCenterofFuzhouuniversity，Fuzhou，350002，China)Abstract：Akindofon-chiposcillatorwithsimplestructurean

3、diseasytointegratewasdesignedusingconstantcurrentsourcecharge-dischargeandtemperaturecompensationtechnologies．ThekeyelementofthecircuitisatemperatureindependentbandgapcurrentsourcegeneratedfromthesuperpositionofPTA—TandNTATcurents．Acapacitancewaschargedanddischa

4、rgedaccuratelybythecurentsourcewhil-ethedifferencebetweentheHighthresholdandLowthresholdofcomparatorwasdesignedtobeNTA—TtocompensatethePTATofcapacitanceinordertoweakentheimpactoftemperaturetotheperiodofoscillation，generatingpreciousrectanglewaveoscillationwithdu

5、tyratioadjustable．Thisdesignisi-mplementedinHHNEC0．35mprocess．Spectresimulationshowsupthatinstandardsituationthismod-uleofersA6．321MHzclocksigna1．andit’Stemperaturecoeficientisonly42pprn／~Cfrom-20~2toIO0~C．KeyWords：constant-currentsource；oscillator；temperatureco

6、mpensation；highprecision·基金项目：福建省科技厅重大专项(2011H6015)r凸笆1n蝴、团蕊同‘，●●^，^⋯^⋯；⋯⋯巾国集成电路设计ChinaIntegratedCircuit1引言以上过程输出端形成矩形波输出。数字电视技术的发展对于数字电视机顶盒的准确定时功能提出了很高的要求，为了不显著增加成本，将片上振荡器作为定时器的时钟源不失为一种很好的方案，但传统的RC振荡器振荡频率受温度、工艺、电源等因素影响较大，难以适应复杂环境应用的需求，因而需要对传统振荡器进行温度、工艺等补偿【”。本文提

7、出了一种新颖的温度补偿方法，并设计了一款恒流源充放电式片内振荡器，振荡器的核心图1振荡器的结构图为利用温度补偿原理设计的一款高精度带隙基准电设充电电流大小为放电电流为大小，根据流源，并设计了一种新型的恒流源充放电电路产生电路原理通过电容的电流大小为：矩形波振荡器，产生高稳定的时钟信号。(1)2整体电路的结构与误差分析移项，两边积分有：本文所设计的振荡器是弛豫振荡器的一种，弛』dv=』础(2)豫振荡器是利用各种具有双稳态的开关元件，如易解得振荡器的振荡周期为：PMOS和NMOS开关管、比较器、触发器等控制电流支路的开与关

8、，轮流对时钟电容进行充放电。节点T．T1+T2=(3)电容上电压的上升和下降会导致后续门电路状态的其中、分别为电容充电和放电的周期。当周期性改变，形成振荡输出嘲。文献【3】、[4】分别提出=，=时输出占空比为50％的方波，其振荡周了一种弛豫振荡器的实现方法，并在理想条件下得期为：到了良好的结果，但都没有考虑温度对振荡精度的影响，实