超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶體振蕩器設(shè)計(jì).pdf

1、超低功耗片上系統(tǒng)（如無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)）被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。然而，由于電池存儲(chǔ)容量有限，功耗成為影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。為了節(jié)約能源，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常具有短暫的活動(dòng)，隨后是長(zhǎng)時(shí)間的空閑模式。降低空閑模式的功耗可以有效提高系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間，而時(shí)鐘源通常是空閑模式唯一的功能電路，用于“喚醒”和同步系統(tǒng)。在眾多被作為時(shí)鐘源的振蕩器中，石英晶體振蕩器以其極高的頻率穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用，低功耗成為設(shè)計(jì)的首要出發(fā)點(diǎn)。
　　本文設(shè)

2、計(jì)的超低功耗晶體振蕩器采用多電壓域和脈沖驅(qū)動(dòng)的方法。首先，將傳統(tǒng)晶振電路中的反相放大器分解成前置放大級(jí)和驅(qū)動(dòng)級(jí)。工作在高電壓域的前置放大級(jí)輸出避免了驅(qū)動(dòng)級(jí)電路工作在亞閾值區(qū)并且保證了電路穩(wěn)定振蕩所需的低導(dǎo)通電阻，而驅(qū)動(dòng)級(jí)電路工作在低電域中使得晶振的振幅很低，那么用來(lái)補(bǔ)償晶體每個(gè)周期穩(wěn)定振蕩所需的能量也降低了。接著為了進(jìn)一步降低功耗，前置放大級(jí)由基于施密特觸發(fā)器的脈沖產(chǎn)生電路構(gòu)成，使用施密特觸發(fā)器的延遲穩(wěn)定性來(lái)確定脈沖的位置，并利用反相器

3、延遲鏈確定脈沖的寬度，最終的脈沖信號(hào)由自舉電路升壓輸出到驅(qū)動(dòng)電路。最后，為了提高電源的效率，電路中所需的不同電源由開(kāi)關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。
　　本文基于TSMC0.18μm CMOS工藝，完成了超低功耗的晶體振蕩器電路的設(shè)計(jì)，版圖面積為0.08mm2。仿真結(jié)果表明，電路工作的溫度范圍為-20℃-80℃。在TT工藝角下、電源電壓為0.6V、常溫時(shí)電路的最低功耗為11.44nW。電路工作電壓范圍為0.6V-0.74V，電壓穩(wěn)定性為71.4p