硅機(jī)電振蕩器，可編程晶振的出現(xiàn)讓不少石英晶體生產(chǎn)廠家震撼和恐懼，因?yàn)檫@款可編程的晶體出現(xiàn)會(huì)直接威脅到石英晶振生產(chǎn)商的飯碗。但是以千赫石英晶體表晶為主要生產(chǎn)的廠家到不是很擔(dān)心，因?yàn)槟壳暗墓铏C(jī)電晶體替代技術(shù)還沒法把時(shí)鐘晶體表晶系列給替代，因此以千赫為主要生產(chǎn)的工廠目前不擔(dān)心。
4月20日，美國(guó)初創(chuàng)公司SiTime在北京宣布，推出可代替?zhèn)鹘y(tǒng)石英振蕩器的SiT11xx系列MEMS First振蕩器(硅機(jī)電振蕩器)。SiT11xx系列提供1MHz～125MHz輸出頻率，適合數(shù)瑪相機(jī)、游戲機(jī)、機(jī)頂盒、MP3播放器等各類消費(fèi)電子產(chǎn)品，汽車電子及工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。SiTime的振蕩器在-40℃～85℃溫度變化范圍內(nèi)提供50ppm～100ppm的頻率，而操作電壓在3.3V、2.5V或1.8V。SiTime目前已經(jīng)可以提供樣片，預(yù)計(jì)9月量產(chǎn)出貨。SiTime公司還宣布和香港先思行有限公司( Concept Limited)簽定中國(guó)大陸及香港地區(qū)銷售代理權(quán)。
在很多數(shù)字集成電路中都要用到實(shí)時(shí)時(shí)鐘( RTC, Real Time Clock ) , 而RTC工作計(jì)時(shí)正確的關(guān)鍵部分就是32 .768KHZ的晶體振蕩器電路. 本文先容了集成32.768KHZ晶體振蕩電路的設(shè)計(jì)方法及留意事項(xiàng), 并用Matlab驗(yàn)證了理論分析, 用Cadence Spectre 了電路.
1 電路結(jié)構(gòu)
如圖1 所示是晶振的整體電路.R1為反相器invl提供偏置,使其中的MOS管工作在飽和區(qū)以獲得較大的增益;C1,C2和雜散電容一起構(gòu)成晶體的電容負(fù)載, 同時(shí)它們和反相器invl一起可以等效為一負(fù)阻, 為晶體提供其振蕩所需要的能量; R2用來降低對(duì)晶體的驅(qū)動(dòng)能量, 以晶體振壞或出現(xiàn)異常; 反相器inv2對(duì)invl的輸出波形整形并驅(qū)動(dòng)負(fù)載.
圖2 所示為晶體的等效電路,Cp是晶體兩個(gè)引腳間的電容, 對(duì)于不同的晶體, 其值在2~ 5pf之間; Rs是晶體的等效串連電阻, 其值表示晶體的損失;Cs和Ls分別為晶體的等效串連電容和電感, 這兩個(gè)值決定了晶體的振蕩頻率.

2 電路原理分析
圖1 所示的晶振電路假如滿足巴克豪林準(zhǔn)則就可以振蕩. 從負(fù)阻的角度來分析電路的工作原理.提供負(fù)阻的電路如圖3(a)所示, 由反相放大器和表晶兩真?zhèn)€負(fù)載電容構(gòu)成.

M1可以替換圖1中的invl,忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)、體效應(yīng)和晶體管的寄生電容. M1的漏電流即是(-I=/C1s)gm ,所