高性能CMOS环形振荡器设计：具备高输出精度和电源电压抑制能力（2008年）

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简介：
本文于2008年提出了一种高性能CMOS环形振荡器设计方案，该方案在保证电路简单性的同时，实现了卓越的频率稳定性和优异的电源电压抑制性能。振荡器是许多电子系统的关键组件。与晶体振荡器相比，基于CMOS工艺的环形振荡器具有出色的抗震性和抗电磁干扰性能，在车载系统等震动及电磁环境较为恶劣的应用场景中表现出明显优势。本段落介绍了一种频率为8 MHz的CMOS环形振荡器的设计方案，其工作电压范围是2.7至5.5伏特，工作温度范围从-40℃到125℃。该设计针对CMOS环形振荡器固有的缺点进行了优化改进：通过采用改良后的延时单元和激光校准电路解决了输出频率在不同芯片间偏差较大的问题；使用内部电压源及与电源电压无关的电流源，克服了其受电源电压影响的问题。

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高性能CMOS环形振荡器设计：具备高输出精度和电源电压抑制能力（2008年）

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本文于2008年提出了一种高性能CMOS环形振荡器设计方案，该方案在保证电路简单性的同时，实现了卓越的频率稳定性和优异的电源电压抑制性能。振荡器是许多电子系统的关键组件。与晶体振荡器相比，基于CMOS工艺的环形振荡器具有出色的抗震性和抗电磁干扰性能，在车载系统等震动及电磁环境较为恶劣的应用场景中表现出明显优势。本段落介绍了一种频率为8 MHz的CMOS环形振荡器的设计方案，其工作电压范围是2.7至5.5伏特，工作温度范围从-40℃到125℃。该设计针对CMOS环形振荡器固有的缺点进行了优化改进：通过采用改良后的延时单元和激光校准电路解决了输出频率在不同芯片间偏差较大的问题；使用内部电压源及与电源电压无关的电流源，克服了其受电源电压影响的问题。

高性能全差分双环路电压控制振荡器设计

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本项目聚焦于一种新型高性能全差分双环路电压控制振荡器的设计与实现。该振荡器采用先进的电路架构，有效提升了相位噪声、频率调谐范围及功率效率等关键性能指标，在无线通信领域展现出广泛应用前景。设计了一种基于SMIC0.18μm射频1P6M CMOS工艺的高性能全差分环形压控振荡器（ring-VCO），采用双环连接方式，并利用独立正反馈技术来提升性能。在电源电压为1.8V的情况下进行了电路仿真，结果显示：对于中心频率为500MHz的环形VCO，其调谐范围从341MHz到658MHz；增益误差Kvco为-278.8 MHz/V，在500MHz下的幅度噪声为-104dBc/Hz @ 1MHz，功耗为22mW。对于中心频率为2.5GHz的环形VCO，其调谐范围从2.27GHz到2.79GHz；增益误差Kvco为-514.6 MHz/V，在2.5GHz下的幅度噪声为-98dBc/Hz @ 1MHz，功耗为32mW。这种VCO适用于低压电路和高精度锁相环等应用场景。

高性能CMOS带隙基准电压源电路设计

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本研究专注于高性能CMOS带隙基准电压源的设计与优化，致力于提升其温度稳定性、功耗效率及输出精度，在集成电路领域具有重要应用价值。设计了一种应用于集成稳压器的高精度带隙基准电压源电路。采用共源共栅电流镜结构以及精度调节技术，有效提高了电压基准的温度稳定性和输出电压精度。通过Hynix 0.5 μm CMOS工艺仿真验证，在25 ℃时，温度系数几乎为零，电源电压变化导致的基准电压波动小于0.1 mV；在-40～125 ℃范围内，基准电压最大变化量为4.8 mV，满足设计指标要求。

高性能锁相环（PLL）的设计基于压控振荡器（VCO）

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本设计聚焦于高性能锁相环(PLL)技术，核心在于优化压控振荡器(VCO)，以实现高精度、低噪声和快速锁定时间的信号同步与频率合成。锁相环（PLL）是现代通信系统中的基本构建模块。它通常用于无线电接收机或发射机中，主要提供本振功能；同时也可以用于时钟信号分配和降噪，并且越来越多地用作高采样速率模数转换的时钟源。

具有电源电压与温度补偿功能的振荡器电路设计

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本项目致力于开发一种具备电源电压及温度自动补偿机制的新型振荡器电路。通过优化电路结构和参数设置，确保在不同环境条件下稳定输出频率信号，提升电子设备性能可靠性。设计了一种包含电源电压补偿和温度补偿的低功耗环形振荡器电路。该环形振荡器采用PTAT电流限制反相器与普通CMOS反相器级联结构。由于电源电压和温度对这两种反相器传播延时的影响相反，利用这种特性使振荡器输出频率在不同电源电压和温度条件下得到补偿。

高性能大电流高输出阻抗电流镜设计

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本研究聚焦于设计一种新型高性能大电流高输出阻抗电流镜电路。该电路具有优异的大电流驱动能力和稳定的输出特性，在射频通信和传感器接口等应用中展现出巨大潜力。本段落在分析了基本电流镜和DMCM（Dynamic Matching Current Mirror）电流镜的基础上提出了一种具有高输出阻抗和高匹配精度的新型电流镜。相比传统电流镜，这种新设计表现出更优越的性能，并能满足更高的输出电流需求。

高性能CMOS集成电压比较器的設計

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本研究致力于设计高性能的CMOS集成电压比较器，通过优化电路结构和参数选择，提升比较器的速度、精度及功耗效率，适用于各种电子系统。电压比较器是一种用于鉴幅与比较输入信号的电路。它能够将一个模拟信号与另一个参考信号进行对比，并输出相应的二进制结果。这种器件在A/D转换器、数据传输设备以及切换功率调节器等场合中被广泛应用。特别是在高速度和高精度的A/D转换器中，电压比较器的性能直接影响到整个电路的转换准确性和速度；而在数据传输系统里，其表现会显著影响误码率的表现。

环形振荡器电路

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环形振荡器是一种由偶数级反相器构成的简单时序电路，能够产生稳定的自由震荡信号，在电子工程领域有广泛的应用。环形振荡器的工作原理是利用门电路的固有传输延迟时间将奇数个反相器首尾相连构成。由于该电路缺乏稳态，在静态条件下（即没有产生振荡的情况下），每个反相器的输入输出状态不能稳定在高电平或低电平，而是介于两者之间。假设某一时刻v11产生了微小的正向变化，经过G1门的传输延迟时间tpd后，会在v12处形成一个幅度更大的负向脉冲。随后这个信号通过后续反相器（如G2）再次经历tpd的时间延迟，并在下一个节点产生更强烈的正向波动；当此过程进行到第三个反相器时，在输出端vo出现了一个更大振幅的负波形，同时反馈至首个门电路输入端v11。因此，经过3倍传输延时期间后，信号再次返回初始状态并重复上述变化序列。如此循环往复，环形振荡器便能持续产生稳定的震荡波形。

高性能MgO:PPLN光学参量振荡器

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本研究介绍了一种基于高性能MgO掺杂PPLN晶体的光学参量振荡器(OPO)，具备高转换效率及宽调谐范围，适用于精密光谱学和非线性光学领域。报道了一台高功率中红外激光器。通过理论计算得到了光参量振荡器输出波长随MgO:PPLN晶体温度变化的调谐曲线，并分析了晶体热膨胀对输出波长的影响；利用声光调Q、Nd:YAG激光器产生的1064 nm激光作为抽运光源，抽运掺氧化镁的周期性极化铌酸锂（MgO:PPLN）晶体，采用光参量振荡技术实现了中红外波段内1.75 μm和2.71 μm的激光输出。在重复频率为每秒7000次、抽运光功率为104瓦的情况下，总的平均输出功率达到53.2瓦，转换效率高达51%。从能量转换曲线来看，并未进入饱和区域，因此，在晶体损伤阈值允许范围内增加抽运光的功率可以进一步提升OPO系统的输出性能。

基于CMOS的高性能集成电压比较器研究与设计

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本项目聚焦于研发一种基于CMOS技术的高性能集成电压比较器，旨在优化其速度、功耗及精度，推动模拟集成电路的发展。电压比较器用于对输入信号进行鉴幅与比较的电路设计，其功能在于对比一个模拟信号与其参考信号，并输出二进制结果。该器件在A/D转换器、数据传输设备以及切换功率调节器等装置中有着广泛应用。对于高速度和高精度的A/D转换器而言，电压比较器的表现直接影响到整个系统的性能指标，包括转换速度与精确性；而在数据传输应用方面，比较器的质量对误码率有重要影响。此外，在切换功率调节领域里，电源管理的效果很大程度上取决于所使用的电压比较器的效能。因此，在模拟集成电路及数模混合电路中，高性能、高频率和低失调误差的电压比较器具有极其重要的作用。仿真结果表明，该类新型电压比较器适用于高速A/D转换以及快速数据传输等场景。