SITIME晶振集团描述32.768K与MEMS振荡器固态电路会议

TDC以262khz的采样频率工作，过采样比为192。每个转换需要6毫秒，电流消耗为4.5μa。该电流消耗包括抽取滤波器、数字滤波器和时钟发生器的电流消耗。独立TDC的分辨率为25mK/转换，因此品质因数(能量/转换x分辨率)为24pJC . 占空比降低了TDC更新率，但在1°C/s温度斜坡期间仍然保证<1点误差。当TDC不活动时，数字电路中的时钟门控用于节省功率。图12.9.4显示了温度补偿发动机的电流曲线。BJT核心和调制器初始化需要1毫秒，25℃下两次背靠背转换需要6毫秒，多项式评估需要2毫秒。系统级斩波需要两次转换。占空比将TDC转化率降低到3S/s，平均电流降低到100纳米。

图12.9.4:TCXO模式下的电源电流分布。贸发会议的转化率是3s/s

数字调节器采用复制偏置，以保证过程和温度的定时关闭。图12.9.3中的复制结构由NMOS和PMOS的串联堆叠组成，与标准单元中使用的栅极相匹配。将恒定电流驱动到这个串联堆中会产生一个电压(VGSref)，该电压会在数字门中产生恒定的转换速率，从而产生速度。电阻器(Rset)将输出电压裕度添加到该复制结构。使用开环单位增益缓冲器生成vddig，确保所有负载条件下的稳定性。
输出驱动器有两种选择:轨到轨CMOS和低摆幅驱动器。对于低摆幅驱动器，CVF电流可以通过Vswing/VDD降低。如图12.9.3所示，驱动器有两个调节器一起控制其输出摆幅。CMOS传输门用于在可独立编程的Vtop和Vbottom之间交替。电容性电荷共享产生快速输出转变，随后来自调节器的缓慢单极沉降。为了进一步降低输出驱动器的功耗，输出频率可以以2的功率分成1Hz。

如图12.9.5所示，对于85个XO器件，测量到的温度(-40至+85℃)频率稳定性小于100ppm，对于45个TCXO器件，测量到的频率稳定性小于3ppm。TCXOs在几个温度点被单独修剪。图12.9.5还显示了在TCXO设备上存在1.7c/s的温度瞬变时，在14个温度周期内测量的滞后和跟踪性能。

图12.9.5:XO和TCXO的频率稳定性与温度的关系,TCXO滞后及其对温度斜坡的响应。

图12.9.6列出了系统性能，并与现有XO和TCXO设备进行了比较。如图所示，与其他工作相比，工业温度范围内的频率稳定性得到改善。在XO和TCXO模式下，该振荡器的总电流消耗分别为0.9μA和1.0μA。驱动外部负载电容时，可以启用低摆幅驱动器来节省功率。低功率模式下，禁用锁相环的XO进一步降低了电源电流至0.6μa。图12.9.7显示了面积为1.2毫米的0.18μm CMOS管芯和面积为0.17毫米的MEMS管芯。MEMS谐振器以1.55×0.85毫米芯片级封装(CSP)倒装芯片结合到CMOS管芯上。