用于实时时钟的32.768kHz晶振电路分析与设计

示电路搭建仿真模型用Hspice 进行仿真。图2 中需要给电路提供一个直流电平，所以在OUT 端连接一个PMOS 管，其源端接电源，漏端和栅端接在OUT 点，作为一个等效电阻。考虑到图1 中NMOS 管的gm 大小的限制，经过计算取WPL =2μP8μ，其gm = 9. 5μs.负载电容Cl1 和Cl2 取10μ，以确保晶振的振荡频率为32. 768kHz , 在实际仿真中可以对负载电容进行调整以获得准确的振荡频率。Ribias 一般取10M 到25M 之间，当Ribias 增大时，NMOS 管的反相放大器的增益增大，此时振荡器的起振时间变校另外，仿真时为了让电路起振需要在IN 端给一个电流扰动。该部分的仿真结果如图5 所示，IN 和OUT 两端正反馈过程明显，从而产生相位相反的正弦信号。

图5 晶振电路部分IN 和OUT端的电压波形

　　图4 中要求比较器有较高的增益，带宽超过32. 768kHz ,根据给定的输出最大最小值和传输时间设计好各个管子的宽长比后，仿真得到如图6 所示的比较器的传输曲线。

图6 比较器的传输特性曲线。

　由图6 可测得，VOH = 1. 738V ,VOL = 2. 46mV ,失调电压VOS = 21. 28mV.

　　将图2晶振部分与图4 比较器部分连接后仿真，输出的时钟波形如图7 所示，可以看出其起振时间为625μs ,由于采用的伪电流结构和M5~ M8 的作用，其上升时间仅为0. 017μs , 下降时间仅为0. 008μs.对比用反相器作为整形电路的结构，其起振时间为2ms ,如图8 所示，其最终输出的时钟波形也比用比较器结构的差，例如失真度较高，尽管反相器的管子的宽长比很大，波形的上升时间和下降时间也很长，而且它的低电平部分不能完全到达0V.

图7 晶振整体电路的输出时钟波形

图8 用反相器整形后输出时钟波形。

　　通过仿真可得，该电路的功耗为2. 4292μW.

　　综上所述，比较器电路的仿真结果如表1 所示，整个晶振电路的仿真结果如表2 所示。

表1 比较器电路仿真结果。

表2 整个振荡电路仿真结果

　　4 结束语

　　提出了一种用于实时时钟RTC 的32. 768kHz 集成晶体振荡电路的实现方法，采用晶振和比较器的结构，文中分别给出了这两部分的具体电路和分析，并使用Hspice 对所设计的电路进行仿真，从而验证了该电路起振时间短，波形稳定，功耗低等特点。