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RC张弛振荡器作为片上可集成时钟源,广泛应用与车载蓝牙,智能家居,生物移植芯片以及无线传感设备等领域。为提供稳定的时钟信号,输出频率稳定性是RC张弛振荡器的重要性能指标。本文开展了通过补偿振荡器固有延时,从而提高片上RC张弛振荡器输出频率稳定性的研究。针对电压模RC张弛振荡器中比较器的传输延时,通过推导比较器的传输函数,分析延时的影响因素,结果表明比较器的传输延时与其偏置电流有关。提出了通过稳定比较器偏置电流,减小其延时随温度的变化,从而提高振荡器输出频率的稳定性的新的振荡器电路。在TSMC 180nm CMOS工艺下,对斩波拓扑结构以及经基准电流源补偿比较器延时的振荡器电路进行仿真验证,结果表明:在-35℃～115℃范围内,斩波拓扑结构的输出频率温度系数为129.6ppm/℃,经补偿比较器延时的振荡器电路输出频率温度系数下降为22.15ppm/℃。针对电流模RC张弛振荡器中的环路延时,本文提出了采用预充电技术的补偿方式。通过数字控制电路控制振荡器电路的充电方式,当一条电容支路充电完成时,触发数字控制电路控制充电电流源对另一条电容支路预充电。在经历环路延时后,振荡器输出切换,再次触发控制电路控制振荡器回到正常的充电模式。实现两条电容支路交替充电过程中振荡器振荡周期不包含环路延时,消除了环路延时对输出频率的影响,提高了振荡器输出频率稳定性。在TSMC 180nm CMOS工艺下对未经环路延时消除的电流模振荡器电路以及采用预充电技术的振荡器电路进行仿真验证,结果表明:在-20℃～100℃范围内,未经补偿的电流模振荡器电路输出频率温度系数为129ppm/℃,采用预充电技术的振荡器电路输出频率温度系数下降为32ppm/℃。采用TSMC 180nm CMOS工艺分别对比较器传输延时补偿的电压模RC张弛振荡器以及采用预充电技术的电流模RC张弛振荡器进行版图设计与后仿真。由于版图寄生效应等因素的影响,振荡器电路的性能参数略有变化。其中,电压模振荡器电路后仿结果与前仿结果相比:振荡器的输出频率由1.07MHz下降为1.018MHz,输出频率温度系数由22.15ppm/℃上升为54ppm/℃;电流模振荡器电路后仿结果与前仿结果相比:振荡器的输出频率由500.2k Hz降为497.3k Hz,输出频率温度系数由32ppm/℃上升为46ppm/℃。