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摘要
8 f N" c& K( h5 l8 |7 g由于GPS/GSM/3G/WLAN等通讯技术的发展，对低成本、高精度、0 I3 S( t0 Q7 t
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: f% {+ _+ t* [ m/ ~7 L6 ]
(Digitally Controlled Crystal Oscillator ,以下简称DCXO)，借助射频系统) c% X Z, }0 d; m: d
接收基站发送的频率校正信号而产生的AFC(Automatic Frequency* o* M) r# j H7 x: d
Control)信号直接控制电容阵列，对抗频率漂移，有替代昂贵
, z4 G; w5 |# a) K% u5 @TCXO/VC-TCXO的巨大潜力。
( Y T* A+ ?- Z; K+ S4 ]4 w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
. M g/ A5 V# ^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
7 Y" N+ S& m' f& F4 m7 o; q) S/ iDCXO的巨大价值。但目前，国内对TCXO的研究刚刚开始，尚无关
n- S7 k& u4 q$ l8 e) j, \: X于DCXO的文献。本文通过对CMOS工艺晶体振荡器、自动振幅控制
@' A! \) x4 _% @ O: F# ~7 j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/ N- d1 V# F. P6 _- {7 B
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& y& T7 @" D, }1 }: c) l
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
- e* r8 n! @5 }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
6 M" Z+ L& y9 d9 R7 K( D3 @9 U$ b7 y$ g3 \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
6 A# d) m* J3 v7 x( E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
" I6 b& j; N8 {4 L$ C0 f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# i7 U. n5 r ?
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
. |5 h! I% I8 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、& C- N3 S# h: j! t( |9 Q
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
5 J' S$ B4 f6 Q- {9 p& \计。0 ~8 }3 T7 |3 j* Z7 i
本设计基于TSMC 0.18um Mixed/RF 1P6M CMOS工艺，10MHz 晶
3 ?1 S: l* M8 n9 `; y- b体谐振器，采用改进的Colpitt(本文称之为Santos)振荡主电路，和-种+ |$ a7 ?) B {; x5 ?5 ?: C
不对称差分ALC(Automatic Level Control)电路，调谐目标范围和目标精
! n# o* P% V! @/ x; m7 B度分别为+20ppm和0.1ppm/step的数控开关电容阵列;仿真结果表明，
" r. ~* c" K( G w2 @9 B$ W0 H* C负载情况下，可取得峰峰值0.8V， 相位噪声-117.6dBe/Hz@1kHz,; K+ d& B$ v3 w& [' x8 d. B0 U
-131.8dBc/Hz@ 10kHz, -167. ldBc/Hz@1MHz,总平均电流小于3.22mA.8 G: z: M# ~' s z2 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，% K: L, X" @0 ^8 P( w1 A3 H h/ F
调频，开关电容阵列
/ _7 v3 ?' b T( F6 g" f5 @2 ?2 Y" @" {% X# X1 u1 U
, }3 m- `5 b2 U2 H |
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发表于 2020-3-24 13:31
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