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本论文对晶体振荡器的起振条件,自动增益负反馈环路和相位噪声进行了深入的理论分析,并在此基础上提出了高稳定度,低相位噪声和低功耗的电路设计指导.在此基础上,设计了一种特别适合于CMOS工艺集成电路实现的新型的采用自动增益负反馈控制电路外稳幅方法的低功耗低相位噪声20MHz Colpitts结构石英晶体振荡器电路.它利用对工作温度和电源电压不敏感的带隙基准源和在集成电路中元件特性之间的匹配好的优点产生一个不随温度,电源改变而且可以跟踪工艺变化的参考比较基准电压,从而可以在很宽的电源电压范围(2.7V-5V)和温度范围(-40℃-125℃)以及CMOS工艺参数变化的条件下提供幅度很稳定的振荡输出信号.因为振荡器的功耗与振荡输出信号的幅度成正比,这也就同时实现了电路的低功耗设计.在后端的版图设计上提出了防止静电放电击穿,衬底耦合噪声和CMOS锁定效应的特殊物理版图措施.本设计采用的是新加坡特许半导体制造公司的N-well双层金属双层多晶0.5um-CMOS工艺短沟道模型,在理论分析的基础上初步计算确定电路参数的大概范围,最后通过大量的计算机仿真来进一步确定精确的电路参数.理论分析的工具是MATLAB,电路的计算机仿真工具Cadence的Spectral,ADS(Advanced Design System)以及版图设计工具Cadence的Virtuos(DIVA)).设计的晶体振荡器作为深圳美芯集成电路设计公司的800MHz双频率综合器(锁相环)芯片MCD8825B的时钟基准源产生模块.该芯片已经在新加坡特许半导体制造公司一次投片成功,成品测试结果显示:当电源电压为3.6V,工作温度为27℃时的输出振荡信号的峰峰值平均为:Vpp=756mV,平均功耗为:1.5mW,相位噪声平均为:-168dBc/Hz@10kHz,并且当电源电压和工作温度分别在2.7V到5V和-40℃到125℃的范围内变化,输出信号的峰峰值的变化在±15％以内,电路功耗的变化在±7％以内.这与理论分析和计算机仿真结果是基本一致的.