陶瓷諧振原理及在紅外遙控電路中的設計應用

　　為了節省資源，提高產品的競爭力，在振蕩電路的設計中，所用結構要盡量簡單，要把電容集成到芯片內部。因為電容在芯片中占的面積相對較大，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，在紅外遙控發射電路中，振蕩部分有一個標識按鍵的使能信號CTRL。一旦有按鍵，CTRL信號為1，則M7關斷，M1和M6等效為一個N管，與M0共同構成振蕩反相器;當無按鍵時，CTRL為0，M7導通，把輸出緩沖的輸入電平鉗位到高電平，數字時鐘輸出為低，系統停振，這樣做的目的是為了在無按鍵時降低功耗，同時可以使遙控芯片內的時序不至于混亂。

　　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+層做電阻時的對偏效應，而且降低功耗。由于半導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采用制造廠家的標準庫參數尺寸，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的大小決定著整個電路的大小，它們取值相等，最小值取18pF。

　　電路中作為反相放大器的M0和M1-6的尺寸比較重要，流片中試驗了3種尺寸，測試結果如表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，由數據可知，雖然第3種起振電壓較高，但是在振蕩時，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部限流電阻，大大節省了芯片面積，提高了性能。所以本設計采用第3種方案。

　　陶瓷諧振電路的暫態分析

　　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中進行Spectre仿真，波形圖如圖5所示。仿真時電源電壓為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為經過輸出反相器的最終數字時鐘。從仿真波形來看，開始的時候電路起振很快，振蕩很快趨于穩定，CLK輸出為455kHz的時鐘信號。

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