JSSC 2012第7期Clocking & PLLs0.16µm

A Scaled Thermal-Diffusivity-Based 16 MHz Frequency Reference in 016 µm CMOS S M

本文提出了一种基于硅热扩散性的16MHz频率参考源，在0.16µm CMOS工艺中实现高精度和低功耗。

16MHz, 0.1%精度, 45ps抖动, 2.1mW功耗, 1.8V电源

频率参考热扩散性CMOS高精度低功耗

▸创新点1：利用硅的热扩散性作为频率参考（方法创新）。该论文首次在0.16µm CMOS工艺中利用硅的热扩散性这一物理特性来生成稳定的频率参考，相比传统晶体振荡器，具有更高的集成度和更低的功耗（2.1 mW）。

▸创新点2：室温校准实现高精度（系统创新）。通过室温下的单次校准，实现了0.1%的绝对频率精度，覆盖-55°C至125°C的温度范围（24个样本），显著降低了传统温度补偿电路的复杂性。

▸创新点3：在0.16µm CMOS工艺中优化性能（电路创新）。通过工艺缩放和电路优化，实现了16 MHz的高频输出（比前代提高10倍）、45 ps的周期抖动（降低7倍）和0.5 mm²的芯片面积（缩小12倍），同时保持相同的精度水平。

▸创新点4：低功耗设计（电路创新）。在1.8 V电源电压下仅消耗2.1 mW功率，比前代设计降低了3.7倍，适用于便携式和物联网设备。

Abstract

This paper presents a 16 MHz frequency reference that exploits the well-de ﬁned thermal diffusivity of IC-grade sil- icon. After a room temperature trim, its absolute inaccuracy is 0.1% from 55 C to 125 C (24 samples), while its cycle-to-cycle jitter is less than 45 ps (rms) at a power dissipation of 2.1 mW from a 1.8 V supply. The reference occupies 0.5 mm in a 0.16 ms t a n - dard CMOS process. Compared to a previous design in an older 0.7 m CMOS process, it achieves 10x higher frequency, 7x l