一種應(yīng)用于2.4ghz收發(fā)機(jī)的低功耗低相位噪聲的石英晶體振蕩器設(shè)計(jì)

1、T H E D E S I G N O F L o W P o W E R L o WP H A S E N o I S E C R Y S T A L O S C I L L A T O RF o R 2 ·4 ．G H Z T R A N S C E I V E RA T h e s i sS u b m i t t e d t oS o u t h e a s t U n i v e r s i t yF o r t h

2、 e A c a d e m i c D e g r e e o f M a s t e r o f E n g i n e e r i n gB YL u D e n g w a n gS u p e r v i s e db yP r o f e s s o r W a n g Z h i g o n ga n dS e n i o r E n f fZ h a o S e m o rE n g i n e e r z n a o

3、?w e n x l ‘a(chǎn)S c h o o l o f I n t e g r a t e dC i r c u i t sS o u t h e a s t U n i v e r s i t yA p r i l 2 0 1 2摘要摘要近幾年，隨著人們對(duì)移動(dòng)便攜式終端的需求不斷增大，極大地推動(dòng)著無線通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與推廣，特別是低功耗技術(shù)，如2 ．4 G H z 無線射頻通信技術(shù)、超低功耗藍(lán)牙技術(shù)( B l u e t o o t

4、h U l t r a L o w P o w e r )等。降低收發(fā)機(jī)的功耗可以有效地增加設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，因此設(shè)計(jì)一個(gè)高性能低功耗的收發(fā)機(jī)很有實(shí)際意義。晶體振蕩器( C r y s t a l O s c i l l a t o r , X ' r A L ) 是眾多無線收發(fā)機(jī)的重要組成部分，它可以向2 ．4 G H z收發(fā)機(jī)提供高穩(wěn)定度、高準(zhǔn)確度、低相位噪聲的頻率參考源。本論文首先對(duì)晶體振蕩器相關(guān)原理進(jìn)行了介紹，并深入研究和

5、分析單晶體管晶體振蕩器。在這些研究基礎(chǔ)上，針對(duì)C M O S 工藝的兩種電容三點(diǎn)式振蕩器結(jié)構(gòu)即皮爾斯式晶體振蕩器( P i e r c e X T A L )和桑托斯式晶體振蕩器( S a n t o sX T A L ) 進(jìn)行了探討和電路改進(jìn)。同時(shí)，提出可以加快起振的幅度控制電流源電路和可以增加晶體振蕩器負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力并適用于小振蕩幅度信號(hào)的緩沖器電路，最后還增加一些數(shù)字開關(guān)來實(shí)現(xiàn)了降低功耗的目的。在本次設(shè)計(jì)中，基于S M I C 0

6、．1 9 9 z n M i x e x V R F1 P 6 M C M O S工藝，采用2 4 ．5 8 M H z 無源石英晶體諧振器，并選擇改進(jìn)的P i e r c e 型結(jié)構(gòu)的晶體振蕩器版圖電路已經(jīng)加入到2 ．4 G H z 無線收發(fā)機(jī)整體版圖，并進(jìn)行了流片和測(cè)試。仿真結(jié)果表明：2 4 ．5 8 M H z 的晶體振蕩器可以在1 ．1 5 ~ 2 ．6 V 電壓下工作，起振時(shí)間均小于5 0 0 I l s ：1 ．8 V 電壓

7、時(shí)振蕩核心電路振蕩電壓峰峰值約6 4 4 ．8 m V ，起振時(shí)間僅2 3 0 9 s ，振蕩頻率為2 4 ．5 8 3 4 M H z ，緩沖輸出測(cè)試端接5 0 Q 電阻負(fù)載時(shí)在振蕩頻率I k H z 頻偏處的相位噪聲為．1 2 4 ．9 d B c ／H z ，而輸出端負(fù)載為反相器時(shí)的相位噪聲為．1 3 3 ．0 d B c ／H z ，整體電路平均動(dòng)態(tài)電流約為2 ．1 l m A ，核心電路平均動(dòng)態(tài)電流約為5 6 ．7 I I A