Компактный RC опорный генерaтор частоты 10 МГц с универсальной схемой температурной компенсации

В статье представлен проект и реализация компактного CMOS RC опорного генератора частоты. Он включает фазовую/частотно-замкнутую петлю (frequency-locked loop, FLL), которая фиксирует период управляемого напряжением генератора (VCO) относительно времени, за которое RC-сеть заряжается до опорного напряжения. Традиционно постоянную времени RC с близким к нулю температурным коэффициентом (ТК) получают с помощью подстроенной сети резисторов с разными ТК. В данной работе такая сеть используется для получения температурозависимого опорного напряжения, ТК которого компенсирует ТК RC-цепи с одним резистором. По сравнению с традиционным подходом, требующим резисторов с ТК противоположной полярности, предложенный метод может быть реализован с резисторами с ТК одинаковой полярности, что позволяет внедрять его в большинстве CMOS технологий. Для компенсации разброса RC используется подстроенный конденсатор для настройки номинальной частоты. Изготовлены два прототипа: один на базе p-/n-поликремниевых резисторов, другой — на базе силесированных/p-диффузионных резисторов. В стандартной 180-нм CMOS технологии поликремниевый прототип занимает активную площадь 0,01 мм2 и демонстрирует абсолютную неточность ±2800 ppm в диапазоне −45 °C…125 °C при фиксированной подстройке ТК и одноточечной подстройке частоты. После одной недели ускоренного старения при 150 °C наблюдалось значительное дрейфовое смещение (5000 ppm). Диффузионный прототип показывает большую неточность (±14 400 ppm), но значительно меньший дрейф (600 ppm).