【摘 要】
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为了降低平均功耗,无线传感节点广泛采用睡眠计时器实现同步,使高功耗的通信模块能够周期工作。32k Hz晶体振荡器由于其频率稳定性、简单性和低成本,仍然是睡眠计时器最受欢迎的选择。由于睡眠计时器必须始终处于开启状态,因此它们的功耗必须低于无线节点的平均功耗。本文设计的低功耗晶体振荡器电路采用了次谐波脉冲注入技术。本文首先从晶体振荡器的功能需求出发,分别用负阻分析法和能量注入法分析了晶体振荡器,以探寻
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为了降低平均功耗,无线传感节点广泛采用睡眠计时器实现同步,使高功耗的通信模块能够周期工作。32k Hz晶体振荡器由于其频率稳定性、简单性和低成本,仍然是睡眠计时器最受欢迎的选择。由于睡眠计时器必须始终处于开启状态,因此它们的功耗必须低于无线节点的平均功耗。本文设计的低功耗晶体振荡器电路采用了次谐波脉冲注入技术。本文首先从晶体振荡器的功能需求出发,分别用负阻分析法和能量注入法分析了晶体振荡器,以探寻32k Hz晶体振荡器的最低可实现功耗,并详细阐述了次谐波脉冲注入技术的可行性。接着本文提出了T/4延迟整形器,它在把晶体端口的正弦波转换成32k Hz方波时钟的同时引入了T/4的延迟,为能量注入提供了精准的时间控制。为了使晶体振荡器能可靠地在工艺角、电压、温度变化时工作,设计了低功耗的基准电流源来控制延迟时间。最后本文设计了分频器和自举脉冲生成电路,它们以8k Hz的频率激励所提出的全NMOS驱动器,实现晶体振荡波形的谷值与峰值处的次谐波脉冲注入。本文基于TSMC40nm的CMOS工艺完成了低功耗晶体振荡器的设计,版图面积为0.0402mm~2。仿真结果表明:晶体振荡器可以在-25～85℃温度范围内正常工作,在电源电压为0.6V、温度为27℃、tt工艺角下的功耗为4.22n W,在-25～85℃温度范围内的最大频率偏差为137ppm,在0.6～1V电压范围内的电压调整率为14.5ppm/V。
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