一种带振幅调节的晶体振荡器.pdf

第21卷第2期
电子设计工程
2013年1月
Vol2
No.2
Electronic Design Engineering
Jan.2013
种带搛幅调彳的晶振勣器
向延钊',张涛1,张迪
(1.武汉科技大学信息学院,湖北武汉430080:;2.徳鑫微电子公司湖北武汉430070)
摘要:设计了一种带振幅控制的晶体振荡器,用于32768Hz的实时时钟。幅调节环采用源接地振荡器形式来得到
高的频率稳定性和低的功耗。使用MOS管电阻有效的减小了版图面和。电路在0.35um、5 V CMOSエ艺上实现,仿
真和测试结果都能满足设计要求。
关键词:晶体振荡器;实时时钟;低功耗;振幅调节
中图分类号:TP302
文献标识码:A
文章编号:1674-6236(2013)02-0130-04
A crystal oscillator with amplitude regulation
XIANG Yan-zhao. ZHANG Ta0. ZHANG Di?
1. Colle e of infomation Science and whan University of Science and echnology, Engineering, Wuhan 430080, China
2. Techsun Microelectronics. Wuhan 430070. China
Abstract: A crystal scillator with amplitude regulation at 32 768 HZ for real time clock (RT)is designed. An amplitude
regulating loop is implemented with grounded-source oscillator to achieve high frequency stability and low power consumption
The MOS resistor was used to reduce the area of the layout. A practical circuit is implemented on 0.35 wm. 5 V CMOS process
Both simulation and chip test results can meet the design requirements
Key words: crystal oscillator; RTC; low power; amplitude regulation
晶体振荡器能够给电子系统提供高精度的时钟基准,多效为一个负电阻Re(2.)和一个容抗Im(Z)四,如图2(b)所示
采用 Pierce结构集成到芯片当中。现在振荡器的性能主要体
乙=2+2
(1)
现在频率稳定性和功耗上。采用固定的偏置电流能提高频率
乙1+2+73
稳定性,但是偏置电流过大会引起与设计频率的偏差,也会
resonator
带来大的功耗问题。而电流过小,会导致振荡器启振过慢或
是不能启振。为了得到稳定的输出频率,传统的 Pierce晶体
振荡器电略都需要一个远大于晶振内阻的电阻来保证振荡
C1
器频率远高于电路谐振频率。无论有无大的电阻工艺,直接
做大电阻会占用较大的面积。针对上述所提到的问题,文中
图1erc振荡器电路
设计了一种改进型的 Pierce电路,增加了振幅调节,于振荡
ig. I Pierce oscillator circuit
电路构成一个环路。降低了功耗提高了频率稳定性。另外独
立的电流源下的MOS管有源电阻可以充分的减少版图面
积,并且提高电压抑制比。
(V)
1 Pierce振荡影原理
Z Z
RO; D
1.1基本结构分析
单管(源接地)作放大管的 Pierce振荡器如图1所示,它
a)小信号等效模型
(b)小信号筒化模型
由晶振、MOS管、和电容C1、C2构成,偏置电路部分已省去。
(a)smal1-signal equivalent model (b)small-signal simplified model
图2晶体振荡器小倌号等效模型和简化模型
其小信号等效电路如图2(a)所示。图中的Lm、Cm、Rn构成晶
Fig. 2 Small-signal equivalent model and the simplified model of
体振荡器的主要等效参数,等效阻抗为Zm。虚线右边的电路以
crystal oscillator
及晶体谐振器等效的并联电容构成等效阻抗Z。可以把Z。等
由于Z、Z、Z是容性阻抗,且Re(Z)为负数。由此可以
得到振荡平衡条件:Z。+Z=0。大致的Z(Gn)复平面轨迹如图
收稿日期:2012-09-16
件编号:201209104
基金项目:湖北省自然科学基金项目(2011CB234);湖北省教育斤科研项目(D20101104)
作者简介:向延钊(1987ー),男,湖北判州人,硕士。研究方向:电路与系统。
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