应用于RTC的低功耗晶体振荡器设计
发布时间：2021-10-17 08:08
随着可穿戴设备和物联网技术的迅猛发展,无线传输节点芯片的应用越来越广泛,这类节点一般采用电池供电,而电池存储容量有限,为了保证长时间工作,对节点芯片的功耗提出了极高的要求。为了节约能量,无线传感节点的工作模式由短暂的激活操作和长时间的空闲状态组成,实时时钟作为空闲状态下的常开电路,用于唤醒系统、系统调度和同步传感节点,其功耗决定着节点的总功耗。由于较高的频率稳定性,石英晶体振荡器被广泛应用于实时时钟电路中,是实时时钟电路功耗的重要来源,无线传输节点一般采用3V电池供电,无法直接为晶体振荡器提供低电压,为了降低实时时钟的功耗,本文设计了一种常规电压下的低功耗晶体振荡器。本文系统阐述了基于自充电方法的低功耗晶体振荡器的基本原理和实现方法。从石英晶体模型入手,对石英晶体的特性、皮尔斯振荡器以及自充电方法中的关键技术进行了详细介绍;为了能够在常规电压下工作,设计基准电流源驱动皮尔斯振荡器,并且采用差分放大器代替偏置电阻,大大减少版图面积;为了解决功耗与起振时间的矛盾,设计启动电路使得晶体振荡器快速起振,之后关闭启动电路来节约能量;最后为了进一步降低功耗,利用晶体振荡器输出的时钟信号产生周期性脉...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容及设计指标
1.4 论文组织结构
第二章 晶体振荡器原理及自充电理论分析
2.1 晶体振荡器分析
2.1.1 石英晶体的基本特性及等效模型
2.1.2 晶体振荡器工作原理
2.1.3 线性分析与非线性分析
2.1.4 晶体振荡器的重要指标
2.2 皮尔斯振荡器
2.2.1 负阻分析
2.2.2 偏置电流与振幅的关系
2.2.3 起振电压
2.3 自充电理论分析
2.4 本章小结
第三章 基于自充电的低功耗晶体振荡器设计
3.1 总体架构
3.2 基准电流源
3.2.1 基准电流源结构
3.2.2 基准电流源仿真
3.3 皮尔斯振荡器
3.3.1 皮尔斯振荡器结构
3.3.2 皮尔斯振荡器仿真
3.4 比较器
3.4.1 比较器结构
3.4.2 比较器仿真
3.5 启动电路
3.5.1 启动电路结构
3.5.2 启动电路仿真
3.6 控制电路
3.6.1 增强时间测定电路
3.6.2 消散时间测定电路
3.6.3 控制电路
3.6.4 VREFL和VREFH的选择
3.7 总体电路仿真
3.8 本章小结
第四章 版图设计及后仿真分析
4.1 晶体振荡器版图设计
4.2 电路后仿真
4.2.1 基准电流源后仿真
4.2.2 皮尔斯振荡器后仿真
4.2.3 比较器后仿真
4.2.4 启动电路后仿真
4.2.5 控制电路后仿真
4.2.6 总体电路后仿真
4.3 电路性能分析
4.3.1 电流
4.3.1.1 电流与温度的关系
4.3.1.2 电流与电压的关系
4.3.2 频率
4.3.2.1 频率与温度的关系
4.3.2.2 频率与电压的关系
4.3.3 其他性能参数
4.3.4 对比
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]NB-IoT的技术背景及面临的挑战[J]. 张旭,邓菲菲,何天爱. 电脑知识与技术. 2017(06)
[2]一种工作于亚阈值区的低功耗CMOS晶体振荡器[J]. 孟新,马成炎,叶甜春,殷明. 微电子学. 2008(03)
[3]用于RTC的32.768 kHz晶振电路的设计[J]. 王跃,张晰泊,王彬,高清运. 南开大学学报(自然科学版). 2007(02)
[4]一种低功耗晶振电路的设计[J]. 廖刚,胡二虎,汪东旭. 微电子学与计算机. 2002(12)
本文编号：3441426
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容及设计指标
1.4 论文组织结构
第二章 晶体振荡器原理及自充电理论分析
2.1 晶体振荡器分析
2.1.1 石英晶体的基本特性及等效模型
2.1.2 晶体振荡器工作原理
2.1.3 线性分析与非线性分析
2.1.4 晶体振荡器的重要指标
2.2 皮尔斯振荡器
2.2.1 负阻分析
2.2.2 偏置电流与振幅的关系
2.2.3 起振电压
2.3 自充电理论分析
2.4 本章小结
第三章 基于自充电的低功耗晶体振荡器设计
3.1 总体架构
3.2 基准电流源
3.2.1 基准电流源结构
3.2.2 基准电流源仿真
3.3 皮尔斯振荡器
3.3.1 皮尔斯振荡器结构
3.3.2 皮尔斯振荡器仿真
3.4 比较器
3.4.1 比较器结构
3.4.2 比较器仿真
3.5 启动电路
3.5.1 启动电路结构
3.5.2 启动电路仿真
3.6 控制电路
3.6.1 增强时间测定电路
3.6.2 消散时间测定电路
3.6.3 控制电路
3.6.4 VREFL和VREFH的选择
3.7 总体电路仿真
3.8 本章小结
第四章 版图设计及后仿真分析
4.1 晶体振荡器版图设计
4.2 电路后仿真
4.2.1 基准电流源后仿真
4.2.2 皮尔斯振荡器后仿真
4.2.3 比较器后仿真
4.2.4 启动电路后仿真
4.2.5 控制电路后仿真
4.2.6 总体电路后仿真
4.3 电路性能分析
4.3.1 电流
4.3.1.1 电流与温度的关系
4.3.1.2 电流与电压的关系
4.3.2 频率
4.3.2.1 频率与温度的关系
4.3.2.2 频率与电压的关系
4.3.3 其他性能参数
4.3.4 对比
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]NB-IoT的技术背景及面临的挑战[J]. 张旭,邓菲菲,何天爱. 电脑知识与技术. 2017(06)
[2]一种工作于亚阈值区的低功耗CMOS晶体振荡器[J]. 孟新,马成炎,叶甜春,殷明. 微电子学. 2008(03)
[3]用于RTC的32.768 kHz晶振电路的设计[J]. 王跃,张晰泊,王彬,高清运. 南开大学学报(自然科学版). 2007(02)
[4]一种低功耗晶振电路的设计[J]. 廖刚,胡二虎,汪东旭. 微电子学与计算机. 2002(12)
本文编号：3441426
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3441426.html
