Oscilador CMOS controlado por temperatura

Abstract

Neste projeto, é desenvolvido um oscilador controlado por temperatura com baixa dependência da tensão de alimentação. Para isso, uma fonte de corrente proporcional à temperatura absoluta (PTAT) foi projetada para alimentar um oscilador em anel. Como resultado, a frequência de oscilação é aproximadamente PTAT. Além disso, um circuito para inicializar a fonte de corrente em um curto período de tempo, um deslocador de nível para maior excursão do sinal oscilatório e, finalmente, um buffer para transferir o sinal oscilatório a uma sonda para medições foram projetados. Ferramentas da Cadence foram empregadas para o leiaute e extração de capacitâncias e resistências parasitas, visando a uma possível integração na tecnologia CMOS 0.18 μm. A frequência de oscilação é de 1 MHz a 40 °C, com sensibilidade à temperatura de 4000 ppm/°C e erro máximo de ±0.3 °C na faixa de 0 a 80 °C. O oscilador consome aproximadamente 1 μA (sem considerar o buffer), apresenta sensibilidade à fonte de alimentação de 1000 ppm/V para uma tensão de alimentação entre 1.6 V e 2 V. A área total é de 1500 μm².

In this project, a temperature-controlled oscillator with a low frequency dependence on the power supply voltage is developed. For this, a proportional to absolute temperature (PTAT) current source was designed to feed a current-starved ring oscillator. As a result, the oscillation frequency is approximately PTAT. Additionally, a circuit for starting up the current source in a short period of time, a level shifter for increased excursion of the oscillatory signal and, finally, a buffer for carrying the oscillatory signal to a probe for measurements were designed. Cadence tools were employed for the layout and extraction of parasitic capacitances and resistances, aiming at a possible integration in 0.18 μm CMOS technology. The oscillation frequency is 1 MHz at 40 °C, with temperature sensitivity of 4000 ppm/°C and maximum error of ±0.3 °C in the range of 0 to 80 °C. The oscillator consumes approximately 1 μA (not considering the buffer), presents supply sensitivity of 1000 ppm/V for a supply voltage between 1.6 V to 2 V and a total area of 1500 μm².