一种调节供电进行温度补偿的高精度时钟电路
2021年电子技术应用第5期
刘铭扬1，2，3，王小松1，2，3，刘 昱1，2，3
1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049； 3.新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室，北京100029
摘要： 基于0.18 μm CMOS标准工艺，实现了一种调节供电电压对温度进行补偿的高精度时钟电路，且有效避免了温度变化及供电波动对振荡频率的影响。相较于同种类型电路，该结构无需带隙基准源及运算放大器，在优化性能的同时，极大程度地缩减了芯片面积及电路复杂度。经仿真验证，当温度变化为-40 ℃～85 ℃时，时钟偏差小于1%，可以稳定输出频率为2 MHz的时钟信号；当供电由1.6 V波动至2.0 V时，时钟振荡频率波动仅为28 Hz。
中图分类号： TN432
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201026
中文引用格式： 刘铭扬，王小松，刘昱. 一种调节供电进行温度补偿的高精度时钟电路[J].电子技术应用，2021，47(5)：117-121.
英文引用格式： Liu Mingyang，Wang Xiaosong，Liu Yu. A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：117-121.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201026
中文引用格式： 刘铭扬，王小松，刘昱. 一种调节供电进行温度补偿的高精度时钟电路[J].电子技术应用，2021，47(5)：117-121.
英文引用格式： Liu Mingyang，Wang Xiaosong，Liu Yu. A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：117-121.
A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation
Liu Mingyang1，2，3，Wang Xiaosong1，2，3，Liu Yu1，2，3
1.Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 3.Beijing Key Laboratory of Radio Frequency IC Technology for Next Generation Communications，Beijing 100029，China
Abstract： Based on 0.18 μm CMOS IC process, a high-precision clock circuit that controls power supply voltage to compensate temperature was presented，which effectively avoids the influence of temperature changes and power supply voltage fluctuations on the oscillation frequency. Compared with the other types of clock generating circuit, this structure does not require bandgap reference sources and operational amplifier. While optimizing performance, it greatly reduces the chip area and circuit complexity. Under the -40 ℃ to 85 ℃ temperature range, the output frequency is stable at 2 MHz and the clock deviation is less than 1%. When the power supply voltage fluctuates from 1.6 V to 2.0 V， the variation of clock oscillation frequency is 28 Hz at most.
Key words : ring oscillator；temperature compensation；clock self-correction
0 引言
参考时钟于任何模数混合电路而言，都是尤为重要的组成部分。通常用来产生时钟信号的方式有两种：其一是使用片外晶体振荡器、陶瓷振荡器等，虽说可以输出恒定的频率，却难以避免地增加了整个系统的面积和成本；其二是设计片内集成振荡器，按照结构类型的不同，又可以划分为迟滞振荡器、LC振荡器和环形振荡器[1]。
相较于其他几种片内集成振荡器，环形振荡器仅由奇数个反相器串联而成，其功耗较低，结构简单，且输出频率不受限，所以应用范围更广。但环形振荡器的输出频率更容易受到工艺参数、温度和供电波动带来的影响，由此带来很大的时钟偏差[2]。如何对不可抗因素造成的偏差进行补偿，以提高环振电路输出频率的可靠性与稳定性，一直都是一项具有挑战性的工作。
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作者信息:
刘铭扬1，2，3，王小松1，2，3，刘 昱1，2，3
(1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049；
3.新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室，北京100029)
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