一款0.5伏、24兆赫的单引脚晶体振荡器，采用自动注入相位对齐快速启动技术，启动时间为22.1微秒，注入源频率偏差容忍度为±2%

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 0.5-V 24-MHzs One-Pin Crystal Oscillator Featuring Automatic Injection-Phase-Alignment Fast Startup Technique With 22.1-μs Startup Time and ±2% Injection Source ΔF Tolerance

　　

摘要：

本文介绍了一种0.5伏、24兆赫的快速启动晶体振荡器，采用单引脚Santos架构，适用于紧凑型及超低电压的物联网应用。该振荡器通过基于DLL的频率比较器，在50个环形振荡器时钟周期内实现小于500 ppm的频率分辨率，从而在注入过程中进行相位对齐。此外，还提出了一种自动相位对齐技术，可根据频率比较结果智能选择注入相位，将相位误差控制在18°以内，从而降低对环形振荡器频率精度为±2%的要求。同时，通过逐级时钟提升模块，可将注入幅度提高一倍，便于在0.5伏单边注入条件下工作。我们使用65纳米CMOS工艺制作了这款快速启动晶体振荡器原型，其有效面积为0.12平方毫米，配有6皮法尔的片上负载电容。在0.5伏供电条件下，它的启动时间仅为22.1微秒，相比传统设计有了325倍的改进。其频率稳定性在温度范围（-40摄氏度到100摄氏度）以及电压变化范围（0.48伏到0.53伏）内仍能保持在±3.7%以内。该振荡器还能提供0.35伏的稳态摆动幅度，功耗仅为90微瓦特。在1千赫偏移量下，它的相位噪声为-139.4分贝/赫兹，对应的频谱密度比为238分贝/赫兹。