一種基于溫度和工藝補償控制的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器設(shè)計.pdf

1、振蕩器是各種數(shù)?；旌霞呻娐分械闹匾K，其輸出振蕩信號的穩(wěn)定性是最重要的指標(biāo)。設(shè)計頻率與溫度、工藝、電源電壓等因素近似無關(guān)的高穩(wěn)定振蕩器是實現(xiàn)振蕩器應(yīng)用的基本前提，具有重要的工程應(yīng)用價值。
　　本論文詳細(xì)分析了環(huán)形振蕩器的工作原理，探討了工藝和溫度漂移引起的電路參數(shù)和振蕩頻率的變化，介紹了用于實現(xiàn)頻率穩(wěn)定的幾種補償方法，并且最終選擇了采用參數(shù)匹配的補償方式進(jìn)行電路設(shè)計。本論文通過對傳統(tǒng)型參數(shù)匹配補償電路的分析，指出了其存在的靜態(tài)

2、工作點不合適、工藝和溫度補償特性與振蕩電路要求不符、振蕩頻率受電阻工藝漂移影響大、電源擾動易引起頻率變化等問題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，滿足了系統(tǒng)補償?shù)囊?。本論文提出的改進(jìn)型參數(shù)匹配補償電路通過重新設(shè)計無電阻定義型電流偏置電路、合理設(shè)置閾值電壓感應(yīng)管、添加R2/R1型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，很好地完成了補償電路與壓控環(huán)形振蕩器(VoltageControlled Oscillator，VCO)的匹配連接，獲得了較好的溫度和工藝漂移補償效果，并且消弱

3、了電阻工藝漂移對振蕩頻率的影響;通過采用特定的延遲單元和復(fù)制偏置電路使振蕩頻率理論上與電源電壓無關(guān)。
　　本論文設(shè)計的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器基于CSMC0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，采用Cadencespectre仿真工具進(jìn)行了仿真驗證。前仿結(jié)果表明，在-20℃、tt工藝角下，典型振蕩頻率為450MHz、典型占空比為49.4％;在-40～30℃范圍內(nèi)，頻率溫度系數(shù)的最小值和最大值分別為60ppm/℃和670ppm/℃;在典型-20℃下，頻

4、率工藝漂移相對變化率為±6.53％;在典型tt、-20℃下，頻率電阻工藝漂移相對變化率為±2.49％，體現(xiàn)了較好的頻率穩(wěn)定性能。由于寄生參數(shù)的影響，后仿結(jié)果略差于前仿，但仍滿足設(shè)計指標(biāo)。對設(shè)計的環(huán)振電路進(jìn)行了MPW流片測試驗證，測試結(jié)果顯示，芯片在典型-20℃下的振蕩頻率為206.28MHz，頻率溫度系數(shù)為1310ppm/℃。本論文設(shè)計的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器可應(yīng)用于紅外讀出電路(Readout IntegratedCircuit，ROIC)