基于斬波拓?fù)涞母呔萊C振蕩器設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)了一種采用0.18μmCMOS工藝制作的基于斬波拓?fù)涞?a target='_blank' class='arckwlink_none'>高精度 RC振蕩器。該結(jié) 構(gòu)對(duì)比較器失調(diào)有較好的抑制效果，并補(bǔ)償了比較器傳輸延時(shí)對(duì)輸出時(shí)鐘頻率的影響，達(dá)到了較好 的溫度特性。同時(shí)使用 LDO 對(duì)振蕩器的主體電路供電，有效抑制了電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出頻率的 影響。另外該振蕩器使用電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)，減小了工藝漂移對(duì)中心頻率的影響。仿真結(jié)果表明，所設(shè) 計(jì)的振蕩器在不同工藝角下均可以通過(guò)修調(diào)將頻率校準(zhǔn)至典型值2MHz。在-40~125℃的溫度 范圍內(nèi)，輸出頻率的波動(dòng)僅為0.87%。在3~6V 的電源電壓范圍，輸出頻率的波動(dòng)僅為0.21%。 與同類型的片上 RC振蕩器相比，該電路對(duì)溫度、電源電壓和工藝的漂移有更好的抑制作用。

　　隨著通信、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的 不斷發(fā)展，為電子系統(tǒng)提供一個(gè)性能穩(wěn)定可靠的時(shí) 鐘模塊成為迫切需求［1］。常見(jiàn)的時(shí)鐘源有石英晶體 振蕩器、LC 振蕩器、環(huán)形振蕩器、RC 振蕩器。RC 張弛振蕩器是通過(guò)控制電路對(duì)電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)， 這種振蕩器易于集成，面積較小，因此使用 RC振蕩 器取代晶體振蕩器對(duì)提高系統(tǒng)的集成度和降低成本 很有幫助。RC振蕩器面臨的主要問(wèn)題是輸出頻率 易受到溫度、電源電壓、工藝漂移的影響。研究高穩(wěn) 定性和高可靠性的 RC振蕩器成為熱門課題。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者提出了高性能的 RC 振蕩器架構(gòu)。文獻(xiàn)［3］使用有源濾波作為反饋通路， 實(shí)現(xiàn)了頻率控制，消除了比較器傳輸延時(shí)對(duì)振蕩器 時(shí)鐘頻率的影響，缺點(diǎn)是面積和功耗較高，且啟動(dòng)較 慢。

　　針對(duì)不同溫度下電路參數(shù)的變化，設(shè)計(jì) 了一個(gè)自校準(zhǔn)電路模塊。該模塊能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境溫 度，并根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)整電路的工作條件，以保 持穩(wěn)定的振蕩頻率。這種自校準(zhǔn)機(jī)制減小了由溫度 變化引起的頻率偏移和不穩(wěn)定性，缺點(diǎn)是邏輯算法 復(fù)雜，對(duì)溫度檢測(cè)的靈敏度要求較高。文獻(xiàn)［5］使用 前饋周期控制方案，在僅一個(gè)振蕩周期內(nèi)即可啟動(dòng) 電路并迅速穩(wěn)定，同時(shí)具有極低的功耗，缺點(diǎn)是輸出 頻率受外部干擾及溫度影響較大，適用范圍較窄。 本文提出了一種新型的基于斬波拓?fù)涞母呔?RC振蕩器，其中心頻率為在各種電子系統(tǒng)中廣泛 應(yīng)用的2 MHz。該振蕩器可以有效抑制比較器輸 入失調(diào)電壓和傳輸延時(shí)的影響，同時(shí)電路采用 LDO 對(duì)振蕩器主體供電，輸出頻率對(duì)電源電壓的波動(dòng)有 較好的抑制特性，可在較寬的溫度范圍和較大的電 壓波動(dòng)下保持高精度的輸出。另外，本文設(shè)計(jì)了數(shù) 字修調(diào)網(wǎng)絡(luò)來(lái)補(bǔ)償工藝漂移帶來(lái)的誤差［6］，將輸出 頻率調(diào)整到目標(biāo)頻率附近。