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摘要9 a$ Q R, I/ q. Y1 i6 X9 j
由于GPS/GSM/3G/WLAN等通讯技术的发展，对低成本、高精度、
2 d2 e k! u9 c高稳定、集成化晶体振荡器的需求迅猛攀升。全集成片.上数控晶振8 e6 D& Y2 O( F2 F0 p/ V. j
(Digitally Controlled Crystal Oscillator ,以下简称DCXO)，借助射频系统9 }, F3 N5 g, }3 K
接收基站发送的频率校正信号而产生的AFC(Automatic Frequency1 |) o! y3 M: q M
Control)信号直接控制电容阵列，对抗频率漂移，有替代昂贵
1 b' E& K. \, R: ?6 aTCXO/VC-TCXO的巨大潜力。
# } C. M, L- u0 b* N- g中国晶振产业规模庞大，但产值低下，亟需通过对高端晶振的研究
* g% t# a: x5 K" U* W提升附加值，实现产业升级，而3G和无线局城网的发展前景决定了9 L) C* \" [( _4 q! |2 k1 x& ~3 a
DCXO的巨大价值。但目前，国内对TCXO的研究刚刚开始，尚无关1 z9 h$ t) F+ }: W
于DCXO的文献。本文通过对CMOS工艺晶体振荡器、自动振幅控制0 C3 M! b) _5 H+ k6 R
电路、数控电容阵列的设计及DCXO调谐原理的研究，构建一个基本 e2 f, b" Q, C5 O$ c) e5 G
的DCXO系统。在研究中，探讨了晶体谐振器等效电路模型及其理想) c$ d* X8 ?0 t: C) e) ^) V! k
与非理想特性，CMOS工艺三点式振荡器结构与电路设计，Santos 型晶
s0 V% M3 ~8 `. b* ]振在起振阶段的小信号分析与大信号稳态分析，非对称差分ALC电路* W9 C* M% e1 E f9 i* P2 ^7 H
的设计与改进，晶振相位噪声及其优化，数控电容阵列整体和单元设计
: n* W4 W( x3 r4 l等等，特别是，建立了Santos XxO大信号模型，并借助该模型求出了品
0 F4 ^0 N' v5 `# j/ Z, t2 i" O体参数、目标振幅、偏置电流和器件尺寸等之间的确定数量关系，针对# L( q0 U/ ]1 {5 w3 L+ E
晶振电路设计的随意化倾向，发展了一种确定性方法，取代晶振电路设. t& _6 m( z Z w
计传统中电路参数主要靠猜测、尝试的经验方法，在设计性能、功耗、9 P6 t( P% `( p2 i" t8 }' m% {* i
面积时有更多的预先规划余地，其结论也可推广到其他种类的振荡器设
1 k9 M% i+ z8 t& C" q* E" J7 p计。% f a/ F- W! V
本设计基于TSMC 0.18um Mixed/RF 1P6M CMOS工艺，10MHz 晶& d0 c3 h" y( F& U3 ]( L
体谐振器，采用改进的Colpitt(本文称之为Santos)振荡主电路，和-种
) l* P5 k- s- W$ s& G不对称差分ALC(Automatic Level Control)电路，调谐目标范围和目标精
7 U2 W% N& b" r; g* u+ P度分别为+20ppm和0.1ppm/step的数控开关电容阵列;仿真结果表明，
7 s, a3 I$ ^1 H3 ~负载情况下，可取得峰峰值0.8V， 相位噪声-117.6dBe/Hz@1kHz,# W. v1 V4 p0 E
-131.8dBc/Hz@ 10kHz, -167. ldBc/Hz@1MHz,总平均电流小于3.22mA.( w* F: s9 z3 |. G
关键词:数控晶振，晶体振荡器，相位噪声，自动振幅控制电路，% g$ Y4 W$ r1 u4 F0 q$ c/ b; {
调频，开关电容阵列
* i# \! T# a; v: q# c9 c+ w$ R
. _; k$ n8 m; H7 b: m7 ~0 B [% G* `" L2 h9 P/ d3 v
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发表于 2020-3-24 13:31
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