一种20M低相位噪声晶体振荡器的设计

自偏置结构R4、M15、M16、以及M17、M18、M19、M20组成的反相器链构成，可以得到全摆幅的方波输出。

2 电路版图及仿真

电路使用SMIC 0.18μm工艺实现，图5是该电路芯片的显微镜照片，面积约为550×185μm。

利用Cadence Spectre软件工具对晶体振荡器进行仿真，其输出波形如图6所示的方波，峰峰值为1.56V，起振时间约为0.6ms。图7表示的是振荡器的相位噪声性能，在偏离中心频率1kHz、10kHz、1MHz处的相位噪声分别为：-121dBc/Hz、-145dBc/Hz、165dBc/Hz。

对加RC滤波器之前的晶体振荡器进行仿真，起振时间振荡幅度都基本没有改变。但其相位噪声性能如图8所示，在偏离中心频率1kHz、10kHz、1MHz处的相位噪声分别为：-110dBc/Hz、-127dBc/Hz、-143dBc/Hz。

可见，滤波器显著提高了晶体振荡器的相位噪声性能，达到了设计的目的。

3 结论

本文使用SMIC 0.18μm工艺，设计了一种20MHz单端晶体振荡器，除石英晶体外所有电路都集成在片上。从仿真结果分析，本文设计的晶体振荡器频率精度高，相位噪声优良，启动时间短，面积也较小，满足集成射频电路的应用要求。