CMOS振荡器 更新时间：2014-08-06 14:26

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CMOS振荡器是基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的一种基本的波形发生电路，在有些应用中，CMOS振荡器可以为那些要求严格的产品改善性能；而在另外一些应用中，通过它们就能够设计出全新的无线产品且避免使用非半导体器件。

CMOS振荡器的电路设计

• 

  
  　　CMOS 振荡器电路的工作原理图 如图所示。M₁~ M₅, M₇, M₈, R₁构成了单位增益缓冲器 ,使Vol Vref ,决定了振荡器的充电电流基I1( I 1 = Vo / R1),在设计时可以调节R1 的大小实现对充电电 流基I 1的调整。M10~ M18 构成了电压比较器,利用M18,M19 电流镜产生单端输出Vout。由 M₂₅ 产生镜像电流I₂,对时间常数电容C充电。随机电流充电电路由随机控制信号( V₁ ~ V₄ ) 随机打开 M₂₇~ M₃₀管,由于镜像的作用,电容C充电电流变大,加快电容C充电速度,即改变了振荡器的频率。在电路中M₂₁~ M₂₄各管的宽长比比值设计为 8 B ₄ B ₂ B ₁,使振荡器的振荡频率可以完全覆盖某一频率范围,从而保证该振荡器在某一频率范围内连续随机变化。

  　　当电容C上的电压V_c低于V_ref 时,电压比较器的输出为0;而当 Vc 高于 V_ref 时,比较器的输出电压升高, 直到比较器的输出电压高于整形电路( 施密特触发器)的上阈值电压( V_T + ) 时, V_c = V _out = V+ ,充电结束,a27T为1。电容上的电 荷通过M31放电,比较器输出电压下降,当比较器输出端电压低于V_T 时,整形电路输出 为 1,完成一个周期的充放电工作.

  　　因此, 充放电的确切时间为:

  

  　　式中: V_T 为施密特触发器正向翻转阈值; V_T 为施密特 触发器负向翻转阈值。

  

  　　即整形电路的输出为低电平的时间远远小于为高电平的时间。

  　　二分频电路，将振荡器输出信号整形，实现方波输出。

  　　由于t_放 约占（t_放+t_充）的1%，因此计算时可以忽略t放，在仿真时改变R₁的大小，就可以达到预期的目标。整个电路输出时钟为：

  

CMOS振荡器的特性

• 　　CMOS 振荡器的特性以IDT公司推出的全硅 CMOS 振荡器 MM8202 和 MM8102为例。

  　　这些集成电路满足小型化要求，在消费、计算和存储应用中无需使用石英谐振器和振荡器，为所有常见串行有线接口提供优异的链接性能，其中包括 S-ATA、PCIe、USB 2.0 和 USB 3.0。产品提供的晶圆形式实现了板上芯片（CoB）和多芯片模块（MCM）组装设计，有效节省了空间。

  　　MM8202 和 MM8102 采用标准 CMOS 技术，无需任何机械频率参考，无论是石英或微机电系统，都为 IDT 用户提供了石英谐振器和振荡器完全集成的替代产品。此外，MM8202 还是超薄消费设备的理想选择，如高容量 SIM 卡和 USB 闪存驱动器。

  　　MM8102 和 MM8202 提供优异的频率精度（MM8102 低于 300ppm）和高频运行（高达 133MHz），是常见高带宽串行有线接口的理想选择。两款器件消耗的有源功率非常低（1.8V 的典型值为 2mA）。此外，在待机模式下，功耗降低至 1uA。因没有任何移动元件产生电子频率，全硅单片器件还具有优良的抗冲击和抗振动特性。

  　　MM8202/MM8102产品特性

  　　1、优异的频率精度（MM8102 低于 300ppm）和高频运行（高达 133MHz）；

  　　2、有源功率非常低（1.8V 的典型值为 2mA）；

  　　3、在待机模式下，功耗降低至 1μA；

  　　4、优良的抗冲击和抗振动特性；

  　　5、多频率支持。

  　　MM8102功能框图

  

  　　MM8102应用电路图

  

CMOS振荡器的参数

• 　　·低压差工作：100%占空比

  　　·输出电压低至0.6V

  　　·1.33%输出电压准确度

  　　·在开关引脚提供可编程转换率

  　　·停机电流 ≤1μA

  　　·可调开关频率高达4MHz

  　　·内部或外部补偿

  　　·可选脉冲跳跃/强制连续/具可调突发箝位的突发模式工作

  　　·可选具内部补偿的有源电压定位

  　　·通道间可选0°/90°/180°相移

  　　·固定内部和可编程外部软启动

  　　·准确的启动跟踪功能

  　　·采用耐热增强型4×4mm QFN-24和TSSOP-24封装

CMOS振荡器的注意事项

• 　　1、 器具应放置在较牢固的工作台面上，环境应清洁整齐，通风良好。

  　　2、 用户提供的电源插座应有良好的接地措施。

  　　3、 严禁在正常工作的时候移动机器。

  　　4、 严禁物体撞击机器。

  　　5、 严禁儿童接近机器，以防发生意外。

  　　6、 更换熔断器前应先确保电源已切断。

  　　7、 使用结束后请清理机器，不能留有水滴、污物残留。

CMOS振荡器与MEMS振荡器的前景比较

• 　　CMOS 振荡器和MEMS振荡器的这两类振荡器发展前景各有千秋。相比而言，MEMS振荡器准确率更高，成本结构高，更适用于高性能应用领域。CMOS 振荡器在同MEMS振荡器近似准确率时，功耗更低，而其单片、塑料封装等特点使其针对石英振荡器市场上更具竞争力。