20M低相位噪声晶体振荡器的设计

20M低相位噪声晶体振荡器的设计,第1张

 

 

  本文采用SMIC0.18μm工艺设计了一种20MHz的晶体振荡器。该晶体振荡器由振荡主电路、振荡幅度控制电路两部分组成,具有较好的相位噪声性能和较低的功耗。除石英晶体外,振荡器电路全部集成在片上实现,可以作为整个射频芯片的高精度频率源。

  1 电路原理及设计

  1.1 石英晶的模型和原理

  本文采用的谐振晶体是石英晶体。按一定的方向将石英切成很薄的晶片,再将晶片两个表面抛光涂银并引出管脚加以封装,就制成了石英晶体。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动,当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时,振动便变得很强烈,这就是晶体谐振特性的反映。石英晶体的电子模型如图1所示,是串并联的LRC电路,其阻抗表达式为:

  

20M低相位噪声晶体振荡器的设计,e.JPG,第2张

 

  RsLsCs组成串联谐振支路,决定了串联谐振频率

20M低相位噪声晶体振荡器的设计,f.JPG,第3张

,串联电阻Rs模拟晶体的等效电阻,Cp是晶体两块平板之间的电容,也包括了封装电容和焊接电容。

 

  本文采用的20M晶体模型为:Ls=6.3mH,Cs=10fF,Rs=40Ω,Cp=5pF。

  图1石英晶体的等效模型

  

20M低相位噪声晶体振荡器的设计,g.JPG,第4张

 

  图2表示的是晶体的频率特性,可以看到该晶体存在着串联谐振和并联谐振两个谐振点,在振荡时晶体就工作在这两个谐振点之间,表现为电感特性。

  

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