邵颖飞，鲁征浩

(苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006)

1 引言

电路设计中，需要一种产生时钟信号的振荡器，如晶振、RC 振荡器、环形振荡器等[1]。石英晶体振荡器的频率输出稳定且精确度高，因此在很多领域皆有广泛的应用，如电话通讯、全球卫星定位导航系统、精密电子仪器、微电子系统等[2]。石英晶体组成的振荡电路，其频率稳定度可达10-6～10-11数量级。在复杂的集成电路系统中，尤其是数字电路，需要一个稳定精确的时钟信号[3]，皮尔斯（Pierce）晶体振荡电路常常在这些系统中被用作时钟发生器[4]。传统Pierce 晶体振荡电路的功耗大，起振时间长，单电压域工作且产生的输出时钟信号为正弦波，无法直接给数字电路使用。

本文设计了一种双电压域工作且输出时钟信号为方波的皮尔斯晶体振荡电路，由皮尔斯电路、使能控制及隔离电路、偏置电路和整形及电平移位电路组成。偏置电路可在功耗和起振时间之间实现折中。整形电路可将正弦波整形成占空比为50%±5%的方波。电平移位则能将输出波形的幅值从模拟电压域转换到数字电压域，实现双电压域工作。

2 振荡器原理及参数

在选择滤波器件时，一般优先考虑石英晶体。石英晶体包括一块平板压电电阻材料，可实现机械能与电能的转换[5]。石英晶体一般作为芯片的外围电路使用，很少集成到芯片内部。为便于对设计的晶振电路进行仿真分析，本文给出了一个8 MHz 石英晶体的电路模型。

2.1 改进的皮尔斯振荡电路

典型的皮尔斯振荡电路如图1 所示。……