一种频率稳定的低功耗振荡器电路设计

管栅极偏置电压取自电流源产生电路。为了使电路内部正反馈系数大于负反馈系数，M6/7的宽长比应该大于M3/4的宽长比。通过改变该宽长比和流过M5的电流可以调节该比较器的迟滞窗口。
2 仿真结果
该上电复位电路采用GSMC 0.18 μm CMOS工艺设计。使用Cadence Spectre工具对电路进行仿真，在典型情况下，电路中充放电电容两端的电压波形以及输出CLK波形如图4所示。从图中可以看到，由于恒流源充放电的缘故，电容两端电压的上升和下降基本上呈线性变化，但在开关切换的瞬间会有一些毛刺，恶化了电容两端电压的线性变化特性，但并没有影响到电路正常工作。输出CLK信号的占空比为49.97%、在5 V电源供电下，整体电路消耗平均电流为2.67 μA。

在不同的温度和电源电压下，电路CLK信号输出频率如图5所示。从图中可以看到，在电源电压从2 V～5.5 V，以及温度从-40 ℃～+85 ℃的变化范围内，其输出频率从115.6 kHz～125.2 kHz变化，与典型条件下的123.6 kHz的输出频率相比，其输出频率误差范围为-6.5%~1.3%。

在不同电源电压和温度下，振荡器消耗的平均电流如图6所示。从图中可以看到，在电源电压从2 V～5.5 V、以及温度从-40 ℃～+85 ℃的变化范围内，平均电流消耗从0.95 μA到3.4 μA变化。

本文所设计的振荡器电路采用弛豫充放电的原理，通过改进的方式对电容两端进行恒流充放电，并使用比较器的方式对电容两端电压进行比较，省去了比较器对参考电平的需求，使设计更为简单，并且节省了参考电平产生模块所需的功耗。仿真结果证明，在较宽的电源电压和温度范围内，振荡器能产生频率稳定的方波信号，整体功耗较小，能满足MCU对低功耗低频振荡器的要求。除了MCU芯片，该振荡器还适用于其他对降耗要求较高的低频应用场合。
参考文献
[1] Tsai Chaofang，Li Wanjing，Chen Pengyu，et al.On-chip reference oscillators with process，supply voltage and temperature compensation[C].2010 International Symposium.Kaohsiung：Next-Generation Electronics，2010：108-111.
[2] Chen Hungwei.A low power and fast wake up circuit[C]. Vancouver：ISCAS，2004：293-296.
[3] Lim Joonhyung，Lee Kwangmook，Cho Koonsik.Ultra low power RC oscillator for system wake-up using highly precise auto-calibration technique[C].Sevilla：ESSCIRC，2010：274-277.
[4] WADHWA S，MISRI K，MUHURY D，et al.Power on reset cir cuit：US，0012409[P].2006-01-19.
[5] VITA G D，MARRACCINI F，IANNACCONE G.Low-voltage low-power CMOS oscillator with low temperature and process sensitivity[C].New Orleans：ISCAS，2007：2152-2155.
[6] Zhang Xun，Wang Peng，Jin Dongming.Sub-1V CMOS voltage reference based on weighted VGS[J].Chinese Journal of Semiconductors，2006，27(5)：7 74-777.
[7] 池保勇．模拟集成电路与系统[M]．北京：清华大学出版社，2009：202-203．
[8] ALLEN P E，HOLBERG D R.CMOS analog circuit design[M].Second Edition.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2002：218-236.