图3 晶振电路的等效电路
2. 2 比较器部分的电路分析
电路中的比较器电路结构如图4 所示，晶振产生的两个幅度相等相位相反的信号作为输入进入比较器输入。
图4 比较器电路。
M1 - M4 构成伪电流源差分放大器，M5 和M6用来提高输入管M3 和M4 的gm ,M7 和M8 是用输出电压作为其栅极电压，从而控制M3 和M4 的连接与否。当V IN > VOUT时，M3 的漏电流大于M4 上的漏电流，而M1上的电流镜像到M2上，于是M2上的电流大于M4 上的电流，多余的电流将流进反相器1 ,由于反相器的输入电容，电流转化成电压，此时可以认为是数字高电平1 ,那么输出也即为高电平，M7管导通，M5 增加了M3 的gm ,进一步增加反相器1的输入电压，从而使得输出高电平更稳定；反之，当V IN < VOUT时，M3 的漏电流小于M4 上的漏电流，同样M1 上的电流镜像到M2 上，于是M2 上的电流小于M4 上的电流，因此反相器1 的输入电容放电补充这部分电流，此时可以认为反相器1 的输入电压是数字低电平0 ,那么输出也即为低电平，M8 管导通，M6 增加了M4 的gm ,从而将反相器1 的输入电压下拉至更低电平，从而使得输出低电平更稳定。
由于比较器电路的输入电阻趋于无穷大，所用工艺下输入电容数量级为f F , 因此整个电路与晶振电路连接时不会对晶振电路造成影响。
现分析其具体性能如下：
最大输出电压为：
最小输出电压为：
比较器的传输时延为：
其中Id （M4） 是M4 管的漏电流，由于电路采用的伪电流源的结构，所以M4 管的漏电流允许很大，所以使得比较器的传输时延可以很短。
Cin 是反相器的输入电容。
比较器的频率响应可以表示为：
其中
3 电路设计及仿真
图2 所示电路搭建仿真模型用HspICe 进行仿真。图2 中需要给电路提供一个直流电平，所以在OUT 端连接一个PMOS 管，其源端接电源，漏端和栅端接在OUT 点，作为一个等效电阻。考虑到图1 中NMOS 管的gm 大小的限制，经过计算取WPL =2μP8μ，其gm = 9. 5μs.负载电容Cl1 和Cl2 取10μ，以确保晶振的振荡频率为32. 768kHz , 在实际仿真中可以对负载电容进行调整以获得准确的振荡频率。Ribias 一般取10M 到25M 之间，当Ribias 增大时，NMOS 管的反相放大器的增益增大，此时振荡器的起振时间变小。另外，仿真时为了让电路起振需要在IN 端给一个电流扰动。该部分的仿真结果如图5 所示，IN 和OUT 两端正反馈过程明显，从而产生相位相反的正弦信号。
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