一種帶有溫度和工藝雙重補(bǔ)償?shù)沫h(huán)形振蕩器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、振蕩器自問(wèn)世以來(lái)，應(yīng)用的范圍就不斷得到擴(kuò)展。隨著科技的進(jìn)步和人們生活方式的變化，不斷出現(xiàn)的新應(yīng)用對(duì)電路中振蕩器的性能要求也越來(lái)越高，所以國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們對(duì)它的研究從來(lái)都沒(méi)有停止過(guò)——因?yàn)橐环N振蕩器如果在某方面具有優(yōu)勢(shì)，那么在另一方面則難免帶有這樣那樣的問(wèn)題，“魚”和“熊掌”不可得兼。
　　具體說(shuō)來(lái)，LC振蕩器頻率穩(wěn)定，占用的芯片面積卻很大，功耗也比較高（如幾十μA的工作電流）;晶體振蕩器雖然能夠提供較為理想的振蕩源，卻無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)的C

2、MOS工藝集成到芯片內(nèi)，即使采用MEMS工藝技術(shù)集成到芯片內(nèi)部，也因高昂的成本而無(wú)法成為客戶的首選。因此，一種集成度高、功耗低、頻率穩(wěn)定、成本也低的振蕩器一直是許多電路設(shè)計(jì)者們不懈努力的方向和目標(biāo)?；谝陨线@幾個(gè)方面的考慮，本文對(duì)CMOS反相器級(jí)聯(lián)而成的簡(jiǎn)單環(huán)形振蕩器進(jìn)行了溫度和工藝的雙重補(bǔ)償。在這種補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中主要做了三項(xiàng)關(guān)鍵性的工作:
　　(1)研究環(huán)形振蕩器的頻率溫度特性和壓控特性。頻率溫度特性是指環(huán)形振蕩器在控制電壓（即電

3、源電壓）一定的時(shí)候，其輸出頻率隨溫度的變化以及受工藝隨機(jī)偏差影響的情況，而壓控特性則是指在環(huán)形振蕩器輸出頻率保持恒定的條件下，其控制電壓應(yīng)該隨溫度和工藝偏差做如何變化，這時(shí)環(huán)形振蕩器就不言而喻地被當(dāng)作壓控振蕩器來(lái)處理了。
　　(2)分析了MOS器件關(guān)鍵參數(shù)和BJT（雙極型晶體管）基射極電壓（集電極電流一定的條件下）隨溫度和工藝的變化情況，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路。
　　(3)運(yùn)用最小二乘法的原理，將不同的補(bǔ)償電

4、壓以合適的系數(shù)進(jìn)行線性組合，由此構(gòu)成的電壓在相當(dāng)大的程度上接近環(huán)形振蕩器的壓控特性，由此達(dá)到對(duì)環(huán)形振蕩器進(jìn)行溫度和工藝雙重補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>　　本文的成果——帶有溫度和工藝雙重補(bǔ)償?shù)沫h(huán)形振蕩器，在不同的工藝角和溫度組合下，最大頻率偏差為1.5％（前仿真結(jié)果）和1.7％（后仿真結(jié)果），而在tt工藝角和-20℃到80℃的溫度區(qū)間內(nèi)，頻率偏差僅有3‰，工作電流在400～600μA范圍內(nèi)（常溫下為520μA左右）。整個(gè)電路基于SMIC0.18