陶瓷諧振原理及在紅外遙控電路中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　為了節(jié)省資源，提高產(chǎn)品的競爭力，在振蕩電路的設(shè)計(jì)中，所用結(jié)構(gòu)要盡量簡單，要把電容集成到芯片內(nèi)部。因?yàn)殡娙菰谛酒姓嫉拿娣e相對(duì)較大，所以電容要盡量小，但又必須讓電路能振蕩。帶控制端的陶瓷諧振電路如圖4所示。

　　一般，在紅外遙控發(fā)射電路中，振蕩部分有一個(gè)標(biāo)識(shí)按鍵的使能信號(hào)CTRL。一旦有按鍵，CTRL信號(hào)為1，則M7關(guān)斷，M1和M6等效為一個(gè)N管，與M0共同構(gòu)成振蕩反相器;當(dāng)無按鍵時(shí)，CTRL為0，M7導(dǎo)通，把輸出緩沖的輸入電平鉗位到高電平，數(shù)字時(shí)鐘輸出為低，系統(tǒng)停振，這樣做的目的是為了在無按鍵時(shí)降低功耗，同時(shí)可以使遙控芯片內(nèi)的時(shí)序不至于混亂。

　　OSCI和OSCO外接455kHz陶瓷諧振器(紅外遙控電路的振蕩頻率一般都為455kHz)。電路中采用大長寬比的傳輸門做反饋電阻，這樣可以減少面積，提高性能，減少用n+層做電阻時(shí)的對(duì)偏效應(yīng)，而且降低功耗。由于半導(dǎo)體中電子遷移率大約為空穴遷移率的2倍，為了做到N管和P管對(duì)稱，P管的寬長比一般大約為N管的2倍，所以在此傳輸門電阻中，N管的尺寸為0.5/300，P管為0.5/660。同理，反相放大器中M0、M1、M6尺寸均為2.5/1.5，M1和M6構(gòu)成大致為2.5/3的N管(暫稱為M1-6)。輸出緩沖M2和M3采用制造廠家的標(biāo)準(zhǔn)庫參數(shù)尺寸，都為2.5/0.5。由于振蕩頻率不是很高，所以電阻R1可以去掉。C0和C1的大小決定著整個(gè)電路的大小，它們?nèi)≈迪嗟?，最小值?8pF。

　　電路中作為反相放大器的M0和M1-6的尺寸比較重要，流片中試驗(yàn)了3種尺寸，測試結(jié)果如表1所示。表中Vppl和Vpph分別指振蕩波形的最小電壓值和最大電壓值，由數(shù)據(jù)可知，雖然第3種起振電壓較高，但是在振蕩時(shí)，波形的高低電壓差明顯大于前兩者，振蕩效果好，尤其是在3V工作電壓下更為顯著，而且不需增加外部電容和內(nèi)部限流電阻，大大節(jié)省了芯片面積，提高了性能。所以本設(shè)計(jì)采用第3種方案。

　　陶瓷諧振電路的暫態(tài)分析

　　將陶瓷諧振器用圖1中的等效電路代替，Cs為2pF，R為100?，L為18mH，C為16pF，振蕩頻率為455kHz。把陶瓷諧振器的等效電路并接在圖4中的OSCI和OSCO上，CTRL端接高電平。采用南科公司的工藝庫，在Cadence中進(jìn)行Spectre仿真，波形圖如圖5所示。仿真時(shí)電源電壓為3V。其中net014為振蕩反相器的輸入波形，net6(OSCO)為振蕩反相器的輸出波形，CLK為經(jīng)過輸出反相器的最終數(shù)字時(shí)鐘。從仿真波形來看，開始的時(shí)候電路起振很快，振蕩很快趨于穩(wěn)定，CLK輸出為455kHz的時(shí)鐘信號(hào)。

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