集成微系统科学工程与应用重点实验室
The Key Laboratory of Integrated Microsystems

一个可实现精确温度补偿的平衡混合环形振荡器的设计

时间:2020-08-21

所有的芯片都离不开时钟,在很多设计场合对时钟的需要都比较高。最常用的精确时钟产生是通过晶体振荡器(晶震)产生,因为它具有出色的PVT(工艺,电压和温度)特性,但由于晶震和芯片集成的不兼容性,会导致不可避免地增加系统尺寸和生产成本。 因此,人们研究了完全集成的片上时钟产生电路用来替代晶体振荡器,并且随着片上系统设计需求的增加,它变得越来越重要。片上时钟设计中的最大挑战是克服PVT变化。基于环形振荡器的片上时钟是研究的热点之一,之前已经完成了许多相关工作。

       我们提出了一种平衡混合环形振荡器(RO),用于精确的温度补偿。与以前的仅具有一种延迟单元类型的RO不同,我们设计的RO由具有PTAT(与绝对温度成正比例)特性的延迟单元和具有CTAT(与绝对温度成负比例)特性的延迟单元组成。然后,可以通过调整PTAT和CTAT延迟单元的数量以及每个延迟单元的负载电容来找到最佳温度补偿点。理想模型和非理想模型都可以用来解释这种温度补偿机制。最后,结合了普通RO和电流饥饿RO的相反温度特性,在0.13um CMOS工艺中实现了13.4 MHz的片上时钟电路,在-40℃至80℃的温度范围内,其温度系数为14.6 ppm /℃。最差的工艺变化是1.19%,电源变化为0.06%/ V。

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