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低溫高速振蕩器是否穩(wěn)定？

返回列表 來源：未知 發(fā)布日期：2019-03-06 21:22【大 中 小】
在上海一恒WSZ-10A恒溫振蕩器的MCU類電路中，都需要一個高速振蕩時鐘信號作為整個電路的節(jié)拍器。怎么做到無需引入外圍器件，實現(xiàn)高精度、低溫偏、低功耗的片內(nèi)穩(wěn)定高速振蕩時鐘就是設計的重點。
 
本設計基于RC振蕩原理,利用偏置電流對電容充放電來獲得振蕩信號。采用簡單易集成的RC振蕩,實現(xiàn)高精度、低溫偏、低功耗的片內(nèi)高速振蕩，是很有價值的。在芯片制程中，由于光刻、刻蝕、擴散和離子注入等過程中圖形會收縮或擴張，出現(xiàn)劑量誤差、尺寸誤差等都會導致理論設計與實際結(jié)果的偏差；
同時，片與片之間也存在個體偏差。為了保證每一顆芯片的振蕩高精度，本設計通過對電阻電容值的校準，實現(xiàn)±0.4％以內(nèi)的頻率精度；通過負溫度系數(shù)電阻與正溫度系數(shù)MOS管的合理抵消匹配,實現(xiàn)±1.5％以內(nèi)的全溫-40℃-120℃ 的頻率偏差。滿足整個MCU的穩(wěn)定時鐘設計需求。
 
在實際流片中，因刻蝕和工藝制造等參數(shù)偏差，片與片之間不能做到百分百一致，振蕩器輸出的振蕩受電阻電容工藝偏差的影響，使得RC振蕩不能滿足客戶振蕩高精度的要求。對此，我們引入可調(diào)節(jié)概念:1產(chǎn)生恒流部分的電阻值可調(diào)；2恒流充放部分的電容值可調(diào)。

本設計通過一種簡單結(jié)構(gòu)的高速RC振蕩器入手,經(jīng)過兩級校準,得到高精度的高頻振蕩時鐘,消除由工藝引起的偏差,修調(diào)誤差精度在±0.4％以內(nèi)同時,給出了溫度補償設計辦法,使該電路對溫度的敏感降低,得到-40℃ ~120℃內(nèi)頻率偏差±1.5％的性能,文中典型設計頻率為24MHZ,按照本文設計思路,可以自行調(diào)整所需頻率及其所需的精度范圍,同時在不同工藝條件下,可自行調(diào)節(jié)補償比例,得到優(yōu)良的低溫度敏感性能,仿真計算及后續(xù)的實際流片測試結(jié)果均表明,該RC振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性，滿足各項設計指標。