JSSC 2022第8期Clocking & PLLs180nm

A 16 MHz CMOS RC Frequency Reference With 90 ppm Inaccuracy From 45 Ct o8 5 C

本文介绍了一种16 MHz RC频率参考电路，采用180nm CMOS工艺，通过数字温度补偿实现±90 ppm的精度。

16 MHz, 180nm CMOS, 1.8V, 220 µA, ±90 ppm

频率参考CMOS温度补偿Wien桥数字控制振荡器

▸创新点1：频率锁定环路（FLL）的创新设计，通过将数字控制振荡器（DCO）的输出频率锁定到Wien桥RC滤波器的频率-相位特性，实现了高精度的频率参考。该方法避免了传统晶体振荡器的体积和成本问题，同时提供了良好的频率稳定性。

▸创新点2：数字温度补偿技术的创新应用，通过结合Wien桥RC滤波器的输出相位数字化和Wheatstone桥温度传感器的数字输出，实现了对温度依赖性的有效补偿。这一技术使得在-45°C至85°C的温度范围内，频率参考的不准确性仅为±90 ppm。

▸创新点3：Wien桥RC滤波器的创新使用，作为频率参考的核心元件，其频率-相位特性被用于锁定DCO的输出频率。这种设计利用了片上电阻和电容的温度依赖性，通过数字补偿技术实现了高精度的温度稳定性。

▸创新点4：低功耗和高性能的系统设计，频率参考在1.8V电源下仅消耗220 µA电流，具有0.12%/V的电源敏感性和320-ppb的Allan Deviation floor（10秒步长）。这一设计在功耗和性能之间取得了优异的平衡。

Abstract

This article presents a 16-MHz RC frequency reference implemented in a standard 180-nm CMOS process. It consists of a frequency-locked loop (FLL) in which the output frequency of a digitally controlled oscillator (DCO) is locked to the frequency-phase characteristic of a Wien bridge RC ﬁlter. Since it is made from on-chip resistors and capacitors, the ﬁlter’s characteristic is temperature dependent. To compensate for this, the control signal of the DCO is derived by digitizing the ﬁlter’s output