一種基于溫度和工藝補償控制的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器設計.pdf

1、振蕩器是各種數(shù)模混合集成電路中的重要模塊，其輸出振蕩信號的穩(wěn)定性是最重要的指標。設計頻率與溫度、工藝、電源電壓等因素近似無關的高穩(wěn)定振蕩器是實現(xiàn)振蕩器應用的基本前提，具有重要的工程應用價值。
　　本論文詳細分析了環(huán)形振蕩器的工作原理，探討了工藝和溫度漂移引起的電路參數(shù)和振蕩頻率的變化，介紹了用于實現(xiàn)頻率穩(wěn)定的幾種補償方法，并且最終選擇了采用參數(shù)匹配的補償方式進行電路設計。本論文通過對傳統(tǒng)型參數(shù)匹配補償電路的分析，指出了其存在的靜態(tài)

2、工作點不合適、工藝和溫度補償特性與振蕩電路要求不符、振蕩頻率受電阻工藝漂移影響大、電源擾動易引起頻率變化等問題，并提出了相應的改進結構，滿足了系統(tǒng)補償?shù)囊?。本論文提出的改進型參數(shù)匹配補償電路通過重新設計無電阻定義型電流偏置電路、合理設置閾值電壓感應管、添加R2/R1型轉換結構，很好地完成了補償電路與壓控環(huán)形振蕩器(VoltageControlled Oscillator，VCO)的匹配連接，獲得了較好的溫度和工藝漂移補償效果，并且消弱

3、了電阻工藝漂移對振蕩頻率的影響;通過采用特定的延遲單元和復制偏置電路使振蕩頻率理論上與電源電壓無關。
　　本論文設計的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器基于CSMC0.5μm標準CMOS工藝，采用Cadencespectre仿真工具進行了仿真驗證。前仿結果表明，在-20℃、tt工藝角下，典型振蕩頻率為450MHz、典型占空比為49.4％;在-40～30℃范圍內，頻率溫度系數(shù)的最小值和最大值分別為60ppm/℃和670ppm/℃;在典型-20℃下，頻

4、率工藝漂移相對變化率為±6.53％;在典型tt、-20℃下，頻率電阻工藝漂移相對變化率為±2.49％，體現(xiàn)了較好的頻率穩(wěn)定性能。由于寄生參數(shù)的影響，后仿結果略差于前仿，但仍滿足設計指標。對設計的環(huán)振電路進行了MPW流片測試驗證，測試結果顯示，芯片在典型-20℃下的振蕩頻率為206.28MHz，頻率溫度系數(shù)為1310ppm/℃。本論文設計的高穩(wěn)定環(huán)形振蕩器可應用于紅外讀出電路(Readout IntegratedCircuit，ROIC)