[发明专利]一种基于高信噪比脉冲注入的32k晶体振荡器

说明书

一种基于高信噪比脉冲注入的32k晶体振荡器，采用具有高相位噪声性能、高频率精度和超低功耗的T/4时钟延迟整形电路和脉冲生成电路，实现了具有高信号噪声比的脉冲注入结构的晶体振荡器。基于延迟电路结构设计的T/4时钟延迟整形电路，精准定位波峰和波谷；基于分频器及自举电路结构设计的脉冲生成电路用于生成脉冲，并利用自举电路的原理，在电源电压的基础上进行电压量叠加，从而将脉冲信号进行放大，产生高能信号，在保证频率精度和稳定性的前提下，解决了晶体振荡器功耗与稳定性和相位噪声性能之间的矛盾关系。

技术领域

本发明涉及一种基于高信噪比脉冲注入的32k晶体振荡器，属于集成电路技术领域。

背景技术

32k晶体振荡器在集成电路中有着广泛的应用，作为实时时钟的信号产生模块，为测量设备和传感器等片上系统（System on Chip，SoC）提供实时时钟信号。基于高信噪比脉冲注入的32k晶体振荡器采用脉冲注入的方式为晶振提供能量，相比传统的晶体振荡器（Crystal Oscillator，XO），高信噪比脉冲注入优化了电路相位噪声性能，降低电源电压和温度变化的干扰，因此具有更好的噪声免疫特性。32k晶体振荡器的噪声性能对实时时钟的频率精度产生影响，并进而影响32k晶体振荡器所在整个系统的性能。在无线系统工作过程中， 32k晶体振荡器作为实时时钟必须持续工作，作为持续功耗模块，超低功耗32k晶体振荡器是实现系统低功耗的关键。综上所述，实现低功耗高精度的32k晶体振荡器具有重要意义。

降低电源电压是实现低功耗的一种直接而有效的途径，采用近阈值电源电压实现32k晶体振荡器成为新的研究热点。电源电压的大幅降低虽然可以显著地降低32k晶体振荡器功耗，但同时也降低了振荡信号的振荡幅度。而电路中的噪声并没有随之减小，这样就相当于降低了电路的信噪比，并进而恶化32k晶体振荡器的相位噪声性能。目前大多数文献采用放大器结构以满足32k晶体振荡器正常工作所需的能量，虽然放大器能够稳定维持振荡器在低电压下正常工作，但其噪声性能、频率精度和总功耗难以令人满意。

另一种实现结构是采用电容网络，为电路产生多个可用电压，实现多电压域的工作。但这种方法需要增加电容网络模块，产生大量额外功耗，结构复杂度增加，并大大增加了芯片面积和成本，实用性大打折扣。同时，电容网络以及多电压域工作引入电学噪声，对电路噪声性能、抗PVT性能和频率精度产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高能量噪声比的注入方式，在降低功耗的同时，能够兼顾高相位噪声性能和精度要求的工作在近阈值电源电压下的32k晶体振荡器。

一种基于高信噪比脉冲注入的32k晶体振荡器，包括T/4时钟延迟整形电路、脉冲生成电路和晶体，其中，T/4时钟延迟整形电路的两个输入端分别外接输入电流与晶体一端XO_in；T/4时钟延迟整形电路的clk时钟信号输出端与脉冲生成电路的clk时钟信号输入端相连接，脉冲生成电路的另一个输入端外接输入电流；晶体的两个输入端分别与脉冲生成电路的两个输出inj_i和inj_o相连接；晶体另一端的输出XO_out作为整个32k晶体振荡器的输出。

进一步地，所述T/4时钟延迟整形电路包括第一PMOS晶体管M_p1、第二PMOS晶体管M_P2、第三PMOS晶体管M_P3、第四PMOS晶体管M_P4、第五PMOS晶体管M_P5、第六PMOS晶体管M_P6、…、第n个PMOS晶体管M_Pn、第一NMOS晶体管M_N1、第二NMOS晶体管M_N2、第三NMOS晶体管M_N3、第四NMOS晶体管M_N4、第五MOS晶体管M_N5、第六NMOS晶体管M_N6、…、第n个NMOS晶体管M_Nn、第一电容C₁、第二电容C₂、第一非门inv₁，其中：