陶瓷谐振原理及在红外遥控电路中的设计应用

作者：时间：2010-09-16 来源：网络收藏

　　为了节省资源，提高产品的竞争力，在振荡电路的设计中，所用结构要尽量简单，要把电容集成到芯片内部。因为电容在芯片中占的面积相对较大，所以电容要尽量小，但又必须让电路能振荡。带控制端的陶瓷谐振电路如图4所示。

　　一般，在红外遥控发射电路中，振荡部分有一个标识按键的使能信号CTRL。一旦有按键，CTRL信号为1，则M7关断，M1和M6等效为一个N管，与M0共同构成振荡反相器;当无按键时，CTRL为0，M7导通，把输出缓冲的输入电平钳位到高电平，数字时钟输出为低，系统停振，这样做的目的是为了在无按键时降低功耗，同时可以使遥控芯片内的时序不至于混乱。

　　OSCI和OSCO外接455kHz陶瓷谐振器(红外遥控电路的振荡频率一般都为455kHz)。电路中采用大长宽比的传输门做反馈电阻，这样可以减少面积，提高性能，减少用n+层做电阻时的对偏效应，而且降低功耗。由于半导体中电子迁移率大约为空穴迁移率的2倍，为了做到N管和P管对称，P管的宽长比一般大约为N管的2倍，所以在此传输门电阻中，N管的尺寸为0.5/300，P管为0.5/660。同理，反相放大器中M0、M1、M6尺寸均为2.5/1.5，M1和M6构成大致为2.5/3的N管(暂称为M1-6)。输出缓冲M2和M3采用制造厂家的标准库参数尺寸，都为2.5/0.5。由于振荡频率不是很高，所以电阻R1可以去掉。C0和C1的大小决定着整个电路的大小，它们取值相等，最小值取18pF。

　　电路中作为反相放大器的M0和M1-6的尺寸比较重要，流片中试验了3种尺寸，测试结果如表1所示。表中Vppl和Vpph分别指振荡波形的最小电压值和最大电压值，由数据可知，虽然第3种起振电压较高，但是在振荡时，波形的高低电压差明显大于前两者，振荡效果好，尤其是在3V工作电压下更为显著，而且不需增加外部电容和内部限流电阻，大大节省了芯片面积，提高了性能。所以本设计采用第3种方案。

陶瓷谐振电路的暂态分析

　　将陶瓷谐振器用图1中的等效电路代替，Cs为2pF，R为100?，L为18mH，C为16pF，振荡频率为455kHz。把陶瓷谐振器的等效电路并接在图4中的OSCI和OSCO上，CTRL端接高电平。采用南科公司的工艺库，在Cadence中进行Spectre仿真，波形图如图5所示。仿真时电源电压为3V。其中net014为振荡反相器的输入波形，net6(OSCO)为振荡反相器的输出波形，CLK为经过输出反相器的最终数字时钟。从仿真波形来看，开始的时候电路起振很快，振荡很快趋于稳定，CLK输出为455kHz的时钟信号。