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时钟振荡器在通信、工业控制、仪表、医疗电子等诸多领域中具有非常广泛的应用，已经成为集成电路内部重要的组成部分。在大多数对时钟性能要求较高的芯片中，通常用片外的晶体振荡器来产生时钟，若能在芯片内部产生系统时钟则能在很大程度上节约系统的成本和体积。然而片上器件的性能参数受温度变化、工艺偏差及供电电压波动等因素的影响变化很大，在没有补偿的情况下，这个变化甚至会超过±50％。因此开展带有温度补偿和工艺校准的片上振荡器的设计和实现具有重要的研究意义。 课题基于电子雷管控制芯片的系统，以低功耗、低面积、宽工作电压范围为目标设计一款片上CMOS环形振荡器，系统对振荡器的指标要求为:输出频率为10MHz，工作电压为1.6～2.4V，输出频率偏差小于5％，功耗小于50μA。根据电子雷管系统提出的时钟指标，本文结合国际上近年来的同类型文献，分析各种片上振荡器的工作原理、补偿方法和优缺点，提出适用于本系统的振荡器电路结构;并通过理论推导对影响该类型振荡器输出频率的参量进行分析，明确影响振荡器输出频率的主要因素。 论文对CMOS环形振荡器输出频率进行了深入的理论推导，得出了环形振荡器的输出频率与输入电流和温度分别呈近似的一阶线性关系的结论。基于此，通过一个正温度系数电流和负温度系数电流的特定比例的组合，实现对振荡器输出频率的温度补偿。并通过工作在亚阈值的MOS管，检测出电路随工艺的偏差，实现了对振荡器输出频率的工艺补偿。利用论文所提出的设计方法，基于TSMC180nm工艺，设计了适用于电子雷管控制芯片的时钟振荡器。设计结果表明，振荡器输出频率为9.96MHz;当温度在-40～125℃内变化时，输出频率的变化小于±0.29％;随工艺的偏差，振荡器的输出频率的变化小于±4.52％;工作电压在1.6～2.4V内变化时，振荡器的输出频率变化小于±0.33％。在减小振荡器输出频率随温度、工艺、供电电压变化的同时，本文还优化了振荡器的功耗与面积:振荡器的功耗为35μA、振荡器的面积为100μm*100μm。该振荡器已于2014年3月在TSMC流片。 通过本文所提出的温度和工艺补偿方法能容易的实现片上振荡器的低功耗、低面积、高工作电压范围、低温漂的要求。本文所实现的振荡器对片上CMOS振荡器的研究与设计有很好的参考价值。