低溫高速振蕩器是否穩(wěn)定？

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(gè)高速振蕩時(shí)鐘信號(hào)作為整個(gè)電路的節(jié)拍器。怎么做到無需引入外圍器件，實(shí)現(xiàn)高精度、低溫偏、低功耗的片內(nèi)穩(wěn)定高速振蕩時(shí)鐘就是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)基于RC振蕩原理,利用偏置電流對(duì)電容充放電來獲得振蕩信號(hào)。采用簡(jiǎn)單易集成的RC振蕩,實(shí)現(xiàn)高精度、低溫偏、低功耗的片內(nèi)高速振蕩，是很有價(jià)值的。在芯片制程中，由于光刻、刻蝕、擴(kuò)散和離子注入等過程中圖形會(huì)收縮或擴(kuò)張，出現(xiàn)劑量誤差、尺寸誤差等都會(huì)導(dǎo)致理論設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)果的偏差；

同時(shí)，片與片之間也存在個(gè)體偏差。為了保證每一顆芯片的振蕩高精度，本設(shè)計(jì)通過對(duì)電阻電容值的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)±0.4％以內(nèi)的頻率精度；通過負(fù)溫度系數(shù)電阻與正溫度系數(shù)MOS管的合理抵消匹配,實(shí)現(xiàn)±1.5％以內(nèi)的全溫-40℃-120℃ 的頻率偏差。滿足整個(gè)MCU的穩(wěn)定時(shí)鐘設(shè)計(jì)需求。

在實(shí)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(duì)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(shè)計(jì)通過一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的高速RC振蕩器入手,經(jīng)過兩級(jí)校準(zhǔn),得到高精度的高頻振蕩時(shí)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(shí),給出了溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)辦法,使該電路對(duì)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(shè)計(jì)頻率為24MHZ,按照本文設(shè)計(jì)思路,可以自行調(diào)整所需頻率及其所需的精度范圍,同時(shí)在不同工藝條件下,可自行調(diào)節(jié)補(bǔ)償比例,得到優(yōu)良的低溫度敏感性能,仿真計(jì)算及后續(xù)的實(shí)際流片測(cè)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(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

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