论文部分内容阅读
环形振荡器在射频识别技术、无线传感网络和短距离传输以及测量等邻域应用日益广泛,本文利用环形振荡器易于片上集成,可输出多相时钟的优点,将其用于激光测距成像读出电路系统(ROIC)中并实现时间数字转换功能。然而,环形振荡器输出频率受工艺、温度和电源电压波动影响较大,严重制约TDC的精度,难以满足系统的应用要求。因此本文重点解决环形振荡器在工艺、温度和电源电压波动下频率严重漂移的问题。在简述环形振荡器工作原理基础上,分析阐明环形振荡器对工艺、温度和电源电压波动敏感的原因。基于反馈控制原理,利用频率电压转换电路,将环振输出频率转换为电压,并与基准电压比较,误差放大器输出控制电压用于稳定环形振荡器输出频率,将稳定振荡器输出频率问题转换为设计稳定基准电压和电流问题。该闭环控制结构与锁相环类似,但无需外接晶体振荡器,取而代之的是片上或片外提供的基准电路,将对高频信号频率的控制转换为对直流电压量的控制,大幅降低高频噪声的影响。最后,基于Cadence spectre工具,完成电路和版图设计,前后仿验证,参加MPW流片,完成芯片测试分析。实验结果表明,室温下(27℃),片上基准电压输出为1.59V,在-40～100℃温度范围内,基准的温度系数为44.75ppm/℃,电源抑制比为30dB@100kHz。振荡器输出频率为154.8MHz,温漂系数约为215ppm/℃。环形振荡器输出受外部直流电压源调制,在三个基准点下的振荡频率分别为132MHz@Vref=2V,145MHz@Vref=1.8V,154MHz@Vref=1.6V。在-40～100℃温度范围内,温度系数均小于215ppm/℃,芯片测试结果一致性良好,表明该振荡器芯片受工艺漂移影响较小,满足ROIC系统要求。对于启动时间较长,需进一步改善。