【摘要】：在通信、工業(yè)控制、儀表、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域中,振蕩器起到非常重要的作用。在集成電路技術(shù)日益進(jìn)步,集成度不斷提高的背景下,振蕩器與其他的模塊集成在一起,進(jìn)入單片集成的時(shí)代。片上CMOS振蕩器的性能,主要會(huì)受工藝偏差,溫度變化以及供電電壓波動(dòng)的影響,導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的振蕩器的頻率會(huì)與預(yù)期產(chǎn)生一定的偏差。為了彌補(bǔ)工藝偏差與溫度變化對(duì)振蕩器頻率的影響,較為普遍的方法是設(shè)計(jì)出溫度或者工藝方面的補(bǔ)償電路應(yīng)用于振蕩器中,以削弱溫度,工藝對(duì)振蕩器性能的影響。針對(duì)上述情況并結(jié)合近年來(lái)相關(guān)的文獻(xiàn),本文設(shè)計(jì)了一種可數(shù)字自校準(zhǔn)的環(huán)形振蕩器,此電路的整體工作原理為:通過(guò)數(shù)字自校準(zhǔn)算法比較環(huán)形振蕩器與外接參考時(shí)鐘的頻率大小,對(duì)控制字進(jìn)行調(diào)整從而改變環(huán)形振蕩器的工作電流,然后把環(huán)形振蕩器的頻率校準(zhǔn)到預(yù)期的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)可以有效地補(bǔ)償工藝偏差對(duì)振蕩器頻率造成的影響。本文所做的主要工作為:首先,設(shè)計(jì)了一種頻率可調(diào)節(jié)的環(huán)形振蕩器,通過(guò)改變工作電流的大小,可以調(diào)節(jié)其頻率。同時(shí),采用工作電流供電可以降低其振蕩幅值,從而減少其功耗,經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路和整形電路后的時(shí)鐘信號(hào)可直接供后續(xù)電路使用。其次,設(shè)計(jì)了電壓-電流轉(zhuǎn)換電路和帶隙基準(zhǔn)源,通過(guò)控制字調(diào)節(jié)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中開(kāi)關(guān)電阻陣列的阻值,可以改變環(huán)形振蕩器的工作電流的大小。帶隙基準(zhǔn)源為電壓-電流轉(zhuǎn)換電路提供了一個(gè)溫漂系數(shù)很小的基準(zhǔn)電壓。然后,設(shè)計(jì)了數(shù)字自校準(zhǔn)算法,通過(guò)數(shù)字自校準(zhǔn)算法可以完成頻率比較,控制字修調(diào),精確比較以及判定校準(zhǔn)完成等操作,校準(zhǔn)完成后對(duì)控制字進(jìn)行了EEPROM的讀寫(xiě)設(shè)計(jì)。最后,對(duì)本文中模擬和數(shù)字部分進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)。本文基于TSMC 0.35μm工藝,在cadence平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真,對(duì)片上CMOS振蕩器的研究與設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

影響也是不一的。其中，金屬電阻呈正溫度特性；多晶硅電阻接近；摻雜電阻則表現(xiàn)為負(fù)溫度特性，因?yàn)楸菊鬏d流子的濃度隨溫度升般來(lái)講，在設(shè)計(jì)中一般需要采用同一電阻來(lái)確保匹配，但在一些特兩種不同的電阻實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。在 CMOS 工藝中，電阻的絕對(duì)精個(gè)電阻的阻值偏差可能會(huì)超過(guò) 15%，所以應(yīng)用于精度要求較高的按照電阻的絕對(duì)值進(jìn)行設(shè)計(jì)的方式。的非理想特性：標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝庫(kù)中的電容也有許多種類型，金屬間的寄生效應(yīng)產(chǎn)生電容；PIP 電容由兩層多晶硅極板間的寄生P 電容和 MOM 電容的相對(duì)精度較高，而且非線性沒(méi)有 MOS 電容OS 電容主要由柵源極的寄生電容 Cgs、柵漏極寄生電容 Cgd 及柵電容 Cgb 組成。其中，Cgb 相對(duì)于 Cgs 與 Cgd 的值可忽略不計(jì)。線性的影響，MOS 電容會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。如圖 2-1 所示，，為作于飽和區(qū)時(shí)，寄生電容的示意圖。MOS 器件工作在不同的區(qū)域生電容的狀態(tài)也不一樣。

圖 2-3 數(shù)字自校準(zhǔn)原理框圖Figure 2-3 The schematic diagram of digital self-calibration作原理為：通過(guò)可校準(zhǔn)電流 IC對(duì) RC 振蕩器中的電容 C1、C2 充放生芯片中數(shù)字算法部分需要的高頻高精度的時(shí)鐘信號(hào) CLK。把環(huán)形置電流設(shè)計(jì)成與熱力學(xué)溫度成正比的關(guān)系，則其輸出時(shí)鐘頻率會(huì)對(duì)溫敏感，相當(dāng)于一種“溫度傳感器”，然后把其輸出信號(hào) CLK_ref 作為數(shù)的參考時(shí)鐘信號(hào)；數(shù)字自校準(zhǔn)模塊同時(shí)對(duì)信號(hào) CLK_ref 與信號(hào) CLK 數(shù)的比較結(jié)果，調(diào)整電流鏡的開(kāi)關(guān)使 RC 振蕩器的工作電流 IC改變，上實(shí)時(shí)溫度自校準(zhǔn)的功能。計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為，在芯片整體校準(zhǔn)過(guò)程中，不需要外接其他的參考時(shí)鐘內(nèi)部的環(huán)形振蕩器就可以進(jìn)行 RC 振蕩器的頻率校準(zhǔn)工作，能夠在很制溫度變化對(duì)振蕩器頻率的影響。此設(shè)計(jì)也具有一定的局限性，只考對(duì) RC 振蕩器的影響，做出了校準(zhǔn)調(diào)整，沒(méi)有考慮工藝偏差等因素對(duì)率的影響，而且這種校準(zhǔn)方式不能使振蕩器的頻率校準(zhǔn)達(dá)到一定的
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN752

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