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电子发烧友网>电子资料下载>电子资料>基于斩波拓扑的高精度RC振荡器设计

基于斩波拓扑的高精度RC振荡器设计

2024-12-04 | pdf | 2.42 MB | 次下载 | 1积分

资料介绍

  设计了一种采用0.18μmCMOS工艺制作的基于斩波拓扑的高精度 RC振荡器。该结 构对比较器失调有较好的抑制效果,并补偿了比较器传输延时对输出时钟频率的影响,达到了较好 的温度特性。同时使用 LDO 对振荡器的主体电路供电,有效抑制了电源电压波动对输出频率的 影响。另外该振荡器使用电容修调网络,减小了工艺漂移对中心频率的影响。仿真结果表明,所设 计的振荡器在不同工艺角下均可以通过修调将频率校准至典型值2MHz。在-40~125℃的温度 范围内,输出频率的波动仅为0.87%。在3~6V 的电源电压范围,输出频率的波动仅为0.21%。 与同类型的片上 RC振荡器相比,该电路对温度、电源电压和工艺的漂移有更好的抑制作用。

  随着通信物联网传感器和生物医学等领域的 不断发展,为电子系统提供一个性能稳定可靠的时 钟模块成为迫切需求[1]。常见的时钟源有石英晶体 振荡器、LC 振荡器、环形振荡器、RC 振荡器。RC 张弛振荡器是通过控制电路对电容充放电来实现, 这种振荡器易于集成,面积较小,因此使用 RC振荡 器取代晶体振荡器对提高系统的集成度和降低成本 很有帮助。RC振荡器面临的主要问题是输出频率 易受到温度、电源电压、工艺漂移的影响。研究高稳 定性和高可靠性的 RC振荡器成为热门课题。 近年来,国内外不少学者提出了高性能的 RC 振荡器架构。文献[3]使用有源滤波作为反馈通路, 实现了频率控制,消除了比较器传输延时对振荡器 时钟频率的影响,缺点是面积和功耗较高,且启动较 慢。

  针对不同温度下电路参数的变化,设计 了一个自校准电路模块。该模块能够监测环境温 度,并根据温度变化自动调整电路的工作条件,以保 持稳定的振荡频率。这种自校准机制减小了由温度 变化引起的频率偏移和不稳定性,缺点是逻辑算法 复杂,对温度检测的灵敏度要求较高。文献[5]使用 前馈周期控制方案,在仅一个振荡周期内即可启动 电路并迅速稳定,同时具有极低的功耗,缺点是输出 频率受外部干扰及温度影响较大,适用范围较窄。 本文提出了一种新型的基于斩波拓扑的高精度 RC振荡器,其中心频率为在各种电子系统中广泛 应用的2 MHz。该振荡器可以有效抑制比较器输 入失调电压和传输延时的影响,同时电路采用 LDO 对振荡器主体供电,输出频率对电源电压的波动有 较好的抑制特性,可在较宽的温度范围和较大的电 压波动下保持高精度的输出。另外,本文设计了数 字修调网络来补偿工艺漂移带来的误差[6],将输出 频率调整到目标频率附近。

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