65nm內(nèi)嵌FPGA振蕩器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法的研究.pdf

1、高性能大規(guī)模的FPGA芯片編程下載模塊需要高質(zhì)量的輸入時(shí)鐘來使其工作，利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)片上的時(shí)鐘振蕩器來取代片外的晶振，對(duì)于降低FPGA芯片的成本，提高FPGA芯片的集成度很有幫助。為了能夠增加65nmFPGA芯片功能，為FPGA編程下載模塊提供不同的時(shí)鐘頻率，本文設(shè)計(jì)了一款可以輸出多個(gè)頻率的FPGA時(shí)鐘振蕩器來為編程下載模塊提供時(shí)鐘頻率。
　　本中給出了振蕩器中VCO、溫度補(bǔ)償電路以及分頻器電路等各個(gè)振蕩器子模塊電路的

2、具體設(shè)計(jì)方法。針對(duì)傳統(tǒng)振蕩器隨溫度和工藝變化較大的情況，本文給出了溫度補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方法，本文利用65nm工藝中振蕩器頻率與溫度的正相關(guān)關(guān)系和振蕩器頻率與VCO控制電壓的負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)，使得VCO控制電壓與溫度成正相關(guān)的關(guān)系，從而進(jìn)行了頻率對(duì)溫度的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了振蕩器對(duì)頻率很好的溫度和工藝補(bǔ)償。并且本文在電路中加入了可編程控制電阻模塊來調(diào)節(jié)VCO控制電壓的值，從而增加了振蕩器的輸出頻率范圍，最終通過不斷的電路仿真、參數(shù)

3、修改與優(yōu)化，同時(shí)通過三個(gè)可編程電阻控制字，本文實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)八個(gè)不同輸出頻率進(jìn)行很好的溫度和工藝補(bǔ)償。
　　本文采用65nm數(shù)字工藝并使用Cadence軟件進(jìn)行仿真分析，設(shè)計(jì)了一款帶有溫度補(bǔ)償、工藝補(bǔ)償?shù)恼袷幤鲿r(shí)鐘發(fā)生電路，并且在沒有穩(wěn)壓電路Regulator的情況下，在電源電壓變化±10％范圍內(nèi)，振蕩器都能夠正常工作。本文設(shè)計(jì)的振蕩器可以在溫度從-55℃到125℃，電源電壓從1.08V到1.32V，TT、SS、FF工藝角下都能正常

4、工作，且輸出頻率隨溫度和工藝角的變化都比較小，振蕩器的輸出頻率隨溫度變化小于5％，隨工藝的變化也小于5％。經(jīng)仿真驗(yàn)證顯示，振蕩器輸出頻率的功能和性能都能夠滿足FPGA編程下載模塊的時(shí)鐘要求。在電源電壓為1.2V、溫度為27℃、TT工藝角標(biāo)準(zhǔn)情況下，振蕩器前仿頻率輸出結(jié)果為186MHz-331MHz，可選擇進(jìn)行二分頻后輸出93MHz-165MHz頻率;在1MHz下的噪聲為-95dBc/Hz，版圖面積為400um×85um，1.2V電源電壓