1. 一些技术指标

应用于数字模拟混合信号芯片的高频率精度,高频率稳定度,全集成RC振荡器设计
由于数字电路指标仅与复杂度有关,此仅考虑模拟电路的设计指标。

项目 Value
电源电压 2.5V~5.5V
工作温度 -40°~+125°
目标频率 Ftyp = 2MHZ
频率精度 (F- Ftyp) < 0.25% * Ftyp
占空比 (Duty Cycle) < 0.5%
频率随电源的变化 (Fmax - Fmin) < 1.0% * Ftyp
频率随温度的变化 (Fmax - Fmin) < 1.0% * Ftyp
平均电流 Iq < 50uA
启动时间 Tstartup < 25us
建议工艺 CSMC 0.18um

2. 一些参考的电路

电荷转移公式
Q= CV = IT?

2.1 电路1

振荡器周期
T = C(Vh -Vl)/lr +td1 + C(Vh - Vl)If + td2

项目 Value
占空比 由两比较器不同延时,电流匹配决定
频率随电源的变化 比较器延迟不稳定,电流匹配不稳定
频率随温度的变化 比较器延时不稳定,电流匹配不稳定
平均电流 由充放电电流和比较器电流决定
启动时间 需等待参考电流,参考电压,比较器建立

优点:电容阵列只有一组,电容失配会有所抵消
缺点:有上拉电流和下拉电流的匹配程度,有设计难度

2.2 电路2

只有两上拉电流,引入了bandgap带隙基准电压模块,进行稳定的电压电流提供,因为这个电路复杂,带来了功耗的上升,两个比较器的适配会比较麻烦,延时也会叠加在时钟周期上。

电路3

优点:只使用了一个比较器,降低了比较器对时钟周期的影响,比较器增加了超频模式,降低了比较器输入对管输入电压的影响。只有一组上拉电流, 减小了多次适配带来的影响, V= IR 的计算公式,解决了参考电压产生的问题
同一组对电流,对电阻R和电容C1充放电,所以 电流效应可以抵消,

最后公式可以约等于,时间只和RC,以及比较器delay相关,接下来需要完全消除比较器delay在整个周期中的影响。


频率计算公式

项目 Value
占空比 由失配电压、电容、电流匹配决定
频率随电源的变化 比较器延迟不稳定,比较器失配电压可以消除,电流匹配不稳定
频率随温度的变化 比较器延时不稳定,电阻温度系数不稳定,电流匹配不稳定
平均电流 由充放电电流和比较器电流决定
启动时间 需等待参考电流,比较器建立

电路4

把比较器删除了,把整个系统进行了镜像的操作。正相反馈,通过下方的两个nmos的翻转实现信号,nmos 的vgs电压会随温度,工艺等影响,而且需要一个启动电路。

项目 Value
占空比 由电流匹配,nmos管匹配决定
频率随电源的变化 nmos管栅源电压不稳定,电流匹配不稳定
频率随温度的变化 nmos管栅源电压不稳定,电流匹配不稳定
平均电流 由nmos管栅源电压,以及电容两端的电压决定
启动时间 需等待电流建立,需要突破简并点

电路5

通过技术来消除比较器delay,电压平均反馈 ,平均的概念,随电压变化,比较器的mach?,后续论文还有对这个基础上的改进,可以参考其中的概念

项目 Value
占空比 由电容、电阻、比较器匹配决定
频率随电源的变化 电流匹配不稳定,Vref 与电源相关
频率随温度的变化 电阻温度系数不稳定,电流匹配不稳定
平均电流 由充电电流,运放以及比较器电流决定
启动时间 需等积分器调整比较器正端电压,从而达到稳定
  1. 在复位阶段, φ与φ非 均为高电平,同时积分器复位,利用虚短效应,使Vn = Vc ≈Vref

  2. 由于复位开关,使得Vosc1 = Vosc2 = 0,从而CMPl与CMPr均为高电平

  3. 开始使能,通过反相器链延迟,φ和φ非形成锁存信号,所以左边会先启动,左边电源对左边的RC进行充电,

  4. 对Vosc1进行快速充电,由于Vn与R1的关系,导致Vc上升

  5. Vosc1 继续上升,大于Vn,导致Vc下降,充电速率变慢


6. Vosc1 = Vc 时,由于比较器延迟,导致vosc1过冲,从而循环往复?


PS :给的参考文献

难易程度对比

项目 1 2 3 4 5
参考文献 1998JSSC 1997john 2016JSSC 2004ISCAS 2010JSSC
占空比 ☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆ ☆☆☆
频率随电源的变化 ☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆
频率随温度的变化 ☆☆ ☆☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆☆☆
平均电流 ☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆ ☆☆☆
启动时间 ☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆

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