低噪聲集成石英晶體振蕩器設(shè)計.pdf

1、石英晶體振蕩器是一種非常重要的頻率源。由于石英晶體具有很高的品質(zhì)因數(shù)和很小的接入系數(shù)，采用石英晶體設(shè)計的振蕩器具有穩(wěn)定度高、老化特性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等領(lǐng)域中。 目前，國內(nèi)的石英晶體振蕩器主要采用分立元件組成三點式振蕩電路。但隨著科技的不斷發(fā)展，工藝技術(shù)的不斷成熟，通信和數(shù)字系統(tǒng)等領(lǐng)域中迫切需要可用集成工藝實現(xiàn)、高性能、低噪聲的振蕩器。因此設(shè)計一種低噪聲集成石英晶體振蕩器來替代常用的LC振蕩器和集成壓控振蕩器

2、顯得尤為重要。 首先，介紹了目前石英晶體振蕩器的發(fā)展現(xiàn)狀及本設(shè)計的意義。然后，討論了核心元件石英晶體諧振器的物理性質(zhì)和工作原理，研究常用的三點式振蕩電路結(jié)構(gòu)，交叉耦合振蕩電路結(jié)構(gòu)并比較各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。接下來，對現(xiàn)有的相位噪聲理論以及噪聲模型進(jìn)行了深入的研究，從放大器的噪聲和諧振電路的噪聲入手，進(jìn)行公式推導(dǎo)和理論分析，并詳細(xì)討論了最常用的Leeson噪聲模型，指導(dǎo)后續(xù)的低噪聲振蕩器設(shè)計。 根據(jù)CMOS交叉耦合振蕩器結(jié)構(gòu)的

3、功能需要，將振蕩器電路劃分為：偏置產(chǎn)生電路、主振電路和輸出緩沖電路。參考已有的各種基準(zhǔn)源結(jié)構(gòu)，設(shè)計了能夠在較寬的電壓范圍和溫度變化范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定電流，電壓的帶隙基準(zhǔn)電路模塊。針對集成電路工藝的特點，結(jié)合本文采用交叉耦合振蕩器結(jié)構(gòu)，改進(jìn)相位噪聲模型，完成本振蕩器結(jié)構(gòu)的低噪聲設(shè)計。在主振電路的輸出端加入折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)的緩沖電路，以隔離負(fù)載電路對頻率穩(wěn)定度的影響。整個電路的設(shè)計首先是進(jìn)行理論分析，初步計算確定電路參數(shù)，再通過計算機(jī)電路仿真

4、軟件Cadence中的Spectre工具，對整個振蕩電路進(jìn)行仿真和驗證，進(jìn)一步優(yōu)化各元件的電路參數(shù)。本設(shè)計采用的是臺灣積體電路有限公司(TSMC)的TSMC0.18μm Mixed Signal工藝庫進(jìn)行仿真，使用Cadence中的版圖工具Virtuoso完成各個模塊的版圖設(shè)計，通過DRC(Design Rule Check)，LVS(Layout Verse Schematics)驗證。 仿真結(jié)果顯示：采用標(biāo)稱頻率為20MHz