Crystal oscillator for low-voltage applications

Abstract

Em virtude do recorrente aumento de aplicações para IoT (Internet das Coisas), que exige dispositivos autossuficientes, este trabalho de conclusão de curso propõe o projeto de um circuito integrado de baixa tensão que, combinado a um cristal de quartzo, forma um oscilador, o qual é um bloco importante em sistemas digitais e de comunicação. Esse circuito opera com 100mV de tensão de alimentação, compatível com o uso de dispositivos de colheita de energia, visto que esses dispositivos geram tensões de dezenas a centenas de milivolts. Por operar em baixa tensão, o consumo de potência do circuito diminui. Este trabalho apresenta a teoria, medições práticas usando componentes discretos e o projeto do circuito integrado, em conjunto com simulações de esquemático e layout, que permitem verificar o comportamento do circuito integrado e suas condições de operação.

Given the increase of IoT applications, which requires autonomous devices, this final year project proposes the design of a low-voltage integrated circuit that, combined with a quartz-crystal, forms an oscillator, an important block in digital and communication systems. The circuit operates with 100 mV of supply voltage, which is compatible with the use of energy harvesting devices, since these devices provide from tens to hundreds of millivolts. By operating at low-voltages, the circuit’s power consumption is reduced. This work presents the theory, measurements using discrete components and the design of the integrated circuit of a Pierce oscillator along with schematic and layout simulations, which allows to verify and predict the behavior of the integrated circuit.