论文部分内容阅读
精确频率源是许多电子设备必不可少的组成部分,频率源性能的优劣直接关系到系统的可靠性。随着便携式电子产品的飞速发展,对频率源的要求也越来越高。普通晶体振荡器是最常用的频率源,但由于其振荡频率随温度变化呈近似的三次函数关系,它的应用范围受到了限制。为了获得宽温度范围的精确频率源,通常采用电路对其进行温度补偿。本文设计了一款温度补偿晶体振荡器(TCXO)芯片,该芯片只需外接一颗石英晶振便可构成TCXO,该芯片分为压控晶体振荡器和模拟温度补偿电路两个部分。其中的压控晶体振荡器的压控电容采用MOS可变电容,实现起来成本低。论文首先研究了石英晶体的特性及等效电路,讨论了TCXO的架构,提出了晶体振荡器频率随温度漂移的解决办法。接着利用HSPICE傅立叶分析的方法研究了MOS在大信号下的电容特性,并采用负电阻起振理论来分析电路起振原理,结合Matlab计算的结果设计了一个宽频率范围的压控晶体振荡器,通过分析和仿真,设计出的压控晶体振荡器压控范围可达±180 ppm,0.6 ms即可完成起振并产生稳定的输出频率,功耗为9 mW。模拟温度补偿部分能够使芯片产生连续的输出频率,本文详细讨论并设计了温度探测电路,带隙基准电路,三次方产生电路,加和电路,修调电路,测试电路。其中的带隙电路采用cascode结构,电源抑制比高。三次方电路采用CMOS工艺,成本低,功耗低。修调电路可对三次函数电压的温度拐点、三次项系数、一次项系数、晶体起振频率等参数进行调整,通过参数的调整,可对不同规格的晶体振荡器进行频率补偿,实现稳定的频率输出。在完成电路原理分析及电路子模块设计的基础上,本文接下来结合设计的VCXO电路讨论了模拟电路版图设计的一些注意事项,完成了其中的压控晶体振荡器部分的版图设计,并通过了后仿真。整个设计流程基于HSPICE仿真工具、Cadence集成电路设计环境。