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用于时钟芯片的高性能晶体振荡器的设计

作　者: 朱钟琦
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 晶体振荡器自动增益控制起振条件双模式切换
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
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内容摘要

石英晶体集成电路振荡器是射频通信系统和数字电路的重要集成模块,由于其具有很高的空载品质因素和极小的接入系数,因此有很高的频率稳定度和很低的相位噪声,从而可以提供很准确的时钟信号基准。本论文首先对应用于无线传感器网络节点芯片的多时钟系统进行分析和介绍,以此为依据提出了32.768kHz晶体振荡器的技术指标。然后对晶体振荡器的起振条件,自动增益负反馈环路电路进行了深入的理论分析,并在此基础上提出了双模式切换电路的设计思想,对快速起振低功耗晶体振荡器的电路设计给出理论指导。最后设计了一种新型的低功耗带自动振幅控制的32.768kHz快速起振晶体振荡器电路,该电路极适合于CMOS集成电路工艺实现。结果证明该新型晶体振荡器能够满足时钟系统对该晶振的要求,能大幅度缩短起振时间,同时也实现了低功耗。本设计基于华虹NEC 0.25μm CMOS工艺,应用理论分析通过计算确定电路参数的大概范围,然后通过计算机仿真工具(包括Cadence的电路仿真工具Spectral、ADS以及版图设计工具Virtuos)进行大量的计算机仿真来进一步确定精确的电路参数,版图的设计制作应用的工具是Cadence的Virtuos。对电路仿真分析表明,本文设计的晶振电路符合设计要求,达到设计目的。采用此电路的无线传感器网络节点芯片已经投入流片。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题的背景和研究的意义  8-9
  1.2 石英晶体振荡器的发展现状  9-10
  1.3 晶体振荡器基本原理  10-16
  1.4 本文的主要内容  16-18
2 时钟芯片系统设计  18-25
  2.1 无线传感器网络节点芯片的体系结构  18-19
  2.2 时钟系统功耗模式设计  19-23
  2.3 时钟系统中晶体振荡器的性能指标  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 晶体振荡器重点模块设计  25-36
  3.1 石英谐振器模型设计  25-29
  3.2 皮尔斯晶体振荡器原理分析  29-30
  3.3 皮尔斯晶体振荡器起振条件分析和增益放大器参数设计  30-33
  3.4 自动增益控制电路原理分析  33-35
  3.5 本章小结  35-36
4 32.768kHz 石英晶体振荡器电路设计  36-51
  4.1 电路概述  36-37
  4.2 32.768kHz 晶体振荡器起振模块分析和设计  37-40
  4.3 32.768kHz 晶振增幅控制电路和波形输出电路设计  40-43
  4.4 Vtrans 信号和振幅稳定输出信号产生电路的设计  43-45
  4.5 电路概述对电源电压不敏感的IBIAS 电流源电路设计  45-47
  4.6 电路概述测试结果  47-50
  4.7 本章小结  50-51
5 晶体振荡器的版图设计  51-53
6 结论  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-57

用于时钟芯片的高性能晶体振荡器的设计

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