一種應用于2.4ghz收發(fā)機的低功耗低相位噪聲的石英晶體振蕩器設計

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，隨著人們對移動便攜式終端的需求不斷增大，極大地推動著無線通信技術的實現(xiàn)與推廣，特別是低功耗技術，如2 ．4 G H z 無線射頻通信技術、超低功耗藍牙技術( 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)機的功耗可以有效地增加設備的續(xù)航時間，因此設計一個高性能低功耗的收發(fā)機很有實際意義。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)機的重要組成部分，它可以向2 ．4 G H z收發(fā)機提供高穩(wěn)定度、高準確度、低相位噪聲的頻率參考源。本論文首先對晶體振蕩器相關原理進行了介紹，并深入研究和

5、分析單晶體管晶體振蕩器。在這些研究基礎上，針對C M O S 工藝的兩種電容三點式振蕩器結構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 ) 進行了探討和電路改進。同時，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載驅(qū)動能力并適用于小振蕩幅度信號的緩沖器電路，最后還增加一些數(shù)字開關來實現(xiàn)了降低功耗的目的。在本次設計中，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，并選擇改進的P i e r c e 型結構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)機整體版圖，并進行了流片和測試。仿真結果表明：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，起振時間均小于5 0 0 I l s ：1 ．8 V 電壓

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