鲍钰文　徐瑶　张金辉　高云

摘 要： 设计了一种高性能Pierce晶体振荡器及频率校准电路。采用耗尽型NMOS管实现低功耗的1.5 V基准电压，晶体振荡电路采用基准电压供电，降低了振荡器的功耗同时提高输出频率的精度。为了进一步提高输出频率的精度，芯片内部集成熔丝修调电路，通过校正晶振负载电容，实现芯片封装后振荡电路输出频率的校准，校准范围为（-52.216 ppm，54.962 ppm），校准最大步长为3.723 ppm。增加数字方式校准电路，在具有温度检测功能的系统中，可以扩展实现计时的温度补偿功能，提高芯片的计时精度，校准范围为（-189.100 ppm，189.100 ppm），校准步长为3.050 ppm。电路在0.5 μm?5 V CMOS工艺上实现。整个时钟芯片版图面积为0.842 mm×0.996 mm。

关键词： 晶体振荡器； 耗尽型NMOS管； 基准电压供电； 内置晶振； 高精度频率校准

中图分类号： TN492?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0148?06

0 引 言

石英晶体具有极其稳定的谐振特性和非常高的品质因素[Q，]因此以石英晶体振荡器为核心的振荡电路工作频率既稳定又精确，其被广泛应用于时钟、监控、通信类电子产品中。目前时钟日历芯片几乎都使用32.768 kHz晶体振荡器，为了便于集成，芯片设计大多采用Pierce电路结构。小型化、低功耗、高精度一直是这类芯片的发展和研究方向，例如为降低振荡电路的功耗和减小工作电压变化对输出频率精度的影响，振荡电路可以采用固定工作点的方式（恒流源或恒压源），增加振幅控制电路[1?4]。由于石英晶体对温度敏感，设计温度补偿电路提高输出频率精度等[5?8]。目前随着芯片封装技术的发展，国内已有封装厂可以实现将芯片管芯与石英晶振的混合封装，且混合封装的优势明显：芯片内置石英晶振，减少外部器件数量，用户不用再考虑晶振的布局和走线，使得设计更加紧凑可靠，可以做到小型化和高可靠性；……