- 文献综述(或调研报告):
DCO是一种输出振荡频率完全通过数字控制字调节的振荡器,其在很多领域均有应用,如无线通信、时钟信号产生、数据恢复等,被用来提供精确、稳定的周期振荡信号。按照结构小同,可以分为环形数字控制振荡器和电感电容型数字控制振荡器(LC-DCO)。其中,LC-DCO的设计研究不仅要考虑振荡频率、带宽、相位噪声、功耗等设计参数,与传统的LC-VCO相比,还要关注振荡器的数字控制位控制的频率调谐的步长,即调谐精度。对于工作于毫米波频段的DCO,传统的开关电容阵列由于引入的开关电容过大会导致振荡频率的大幅下降,因此电路中必须避免加入过多的开关电容模块。此外,目前工艺库中的电容在fF级别,其值远远大于调谐精度为1M的设计对于最小电容变化的要求。
晶体振荡器作为稳定的频率基准源,广泛应用在需要频率控制和管理的现代电子系统和需要精密实频计量等领域中。而且晶振在其中有着非常重要的地位,其性能直接影响到整个系统的指标好坏,甚至正常工作与否。卫星通讯,全球卫星定位系统,广播电视系统,无线局域网,雷达导航通讯系统等都将晶振作为高性能基准频率源。晶振还可以为电器时钟脉冲源,近代物理实验,精密实频计量,精密频率综合器等电子设备提供精密频标和时基。在石英晶体振荡器研制出来以前,人们主要靠 LC或RC器件的谐振来作为频率源去生产制作振荡器,由于受电感 L、电容 C 和电阻 R 这些元器件的限制,这类振荡器的输出频率稳定度很低,很难满足人们对频率精度的要求。直到1921年,英国的科学家 W.R.Cady经过无数次的研究和试验,首次采用X切60KHz的石英晶体谐振器,制成了世界上第一个石英晶体振荡器,将频率稳定度提高了一个数量级[1]。国际电工委员会(IEC)按照晶体振荡器的设计和补偿类型,将通信系统中常用的石英晶体振荡器分为4类:普通晶体振荡器 XO,典型的相噪特性约为-100dBc/Hz@100Hz ;压控晶体振荡器 VCXO,典型的相噪特性约为-105dBc/Hz@100Hz;温度补偿晶体振荡器 TCXO ,典型的相噪特性约为-110dBc/Hz@100Hz;恒温晶体振荡器 OCXO,典型的相噪特性优 -120dBc/Hz@100Hz 。
随着 CMOS工艺的不断发展,片上系统(SOC)的集成度也越来越高,在CMOS工艺上可以实现数字基带,模拟基带甚至射频电路。为了降低体积、用料与成本,使射频收发系统高度集成化,把晶体振荡器除晶体外的所有器件集成到片内就成了大势所趋。
现在国际上比较热门的晶振类型为数控晶体振荡器 DCXO[2][3] ,通过在芯片内引入数字调控电容阵列,通过接受基站发送的频率校正信号,完成晶振的频率校正,确保晶振发送信号的频率稳定度。Crpress Semiconductor ,Texas Instrucments 等公司已经申请了一些专利。 TI 公司的 Ierry Lin 和 Swisss 技术研究院的 Qiuting Huang 等人也在JSSC/ISSCC 上公开发表了 DCXO 设计的论文。
目前高频晶振一般都采用泛音谐振的方法进行频率扩展,将其频率扩展为基频的整数倍。除了晶体本身外,板极的特性,外部的环境,老化,温度变化,振荡电路的设计等也都会对谐振特性造成一定的影响。这些对晶体振荡器长期或短期的频率精度和稳定度有影响
[4]简明介绍了晶体振荡器的发展历程和基本模型。并简要地对模型进行了相关分析,并介绍了相关设计原理。
根据晶体谐振器的振荡类型,晶体振荡器可以分为并联谐振和串联谐振两大类。
串联谐振型振荡器的基本原理:晶体的阻抗在其串联谐振频率处为零,此时晶体的串联支路短路,使电路满足振荡条件。
