集成式低噪声振荡器的设计
发布时间：2021-08-26 12:46
本文顺应晶体振荡器的发展趋势,从实际需求出发,以研究设计集成式低噪声振荡器的方法为课题,对晶体振荡器的相位噪声进行了详细的分析,找出降低相位噪声的可行方法,对该方法进行仿真验证,最后设计课题所需的集成式低噪声振荡器。本文的工作主要有:1)对晶体振荡器的特性进行研究。详细分析了石英晶体的物理特性,研究了石英晶体谐振器的等效电路和阻抗-频率特性,并分析对比了几种常见切型的谐振器。从而确定本课题设计中振荡器电路中将使用SC切晶体谐振器。对反馈型振荡器的工作原理进行了深入的探讨,得到振荡器工作的幅度和相位稳定条件,并研究几种常见的晶体振荡器电路,着重对比分析了巴特勒振荡电路、皮尔斯振荡电路和柯尔匹兹振荡电路,确定本课题设计中将以皮尔斯电路为振荡器的电路型式。随后从相位噪声的概念出发,引入Leeson模型对相位噪声进行了分析,得到了相位噪声的常用表达式,得出提高有载品质因数QL可降低相位噪声的结论。2)给出集成式低噪声振荡器的电路设计和仿真。结合晶体振荡器的设计原则,按照课题目标需求,设计了本课题的集成式低噪声振荡器的电路,并从谐振器的品质因数定义出发,对振荡器电路的有载品...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石英晶体的形状图
电子科技大学硕士学位论文22000V、和均为常数。因此，理想振荡器的输出信号在时域内的表现为标准的正弦波。但事实上，在实际的电路中，由于振荡器存在着相位噪声，其输出信号会受到影响，使得输出信号出现抖动，如图2-10所示。在时域上，信号的抖动需要经过一段时间才有可能被观察出来。因此，相位噪声在时域上是很难观测的。图2-10振荡器的输出信号频域中，在0处的一个单一脉冲就是理想振荡器输出信号的频谱。但在实际中，由于振荡器存在相位噪声，振荡器输出信号的频谱在信号中心频率0的两边存在噪声边带。如图2-11所示，为振荡器输出信号的频谱。（a）理想中振荡器的输出频谱（b）实际中振荡器的输出频谱图2-11振荡器的输出频谱由图2-11，我们可以看出，实际中振荡器输出信号的频谱存在的噪声边带是对称分布的，其中心为信号的中心频率0。因此，为了方便研究，我们可以将研究对象缩小到一个边带上。振荡器输出信号的单边带噪声（SSB）就是我们所研究的边带，可以用mLf来表示。mLf的定义为在偏离载波频率mf的1Hz带宽内，单边带的功率SSBP和载波总功率SP之间的比值[13]，其表达式为：1HzSSBmSPLfP单边带功率密度载波总功率(2-59)由于单边带相位噪声比较方便简单，可以通过频谱分析仪直接测量。因此，振荡器的相位噪声通常用单边带相位噪声来表示。频谱0频谱0
电子科技大学硕士学位论文38告和错误的信息，即通过仿真，自动弹出数据显示窗口，在该窗口，我们可以添加需要的曲线进行显示，观察分析仿真的结果。在数据显示窗口，选择插入矩形图，选定Vout，点击add添加，在弹出的选项卡中选择“Timedomainsignal”选项，确定后，即会在矩形图中显示输出信号的波形图，如图3-8所示。图3-810MHz振荡器的输出信号的波形图在数据显示窗口中，插入矩形图，添加pnmx，点击plotoptions选项卡，把矩形图的横坐标X设置为log形式，就可以的到晶体振荡器电路中输出端的相位噪声的仿真图。仿真所得的10MHz的振荡器在偏离载波100Hz的相位噪声如表3-5所示。10MHz振荡器输出信号的相位噪声仿真曲线图如图3-9所示。从表3-5和图3-9，我们可以看出，对于10MHz集成式低噪声振荡器而言，当1C的取值在1C10pF到1C100pF之间时，随着1C取值的增加，振荡器的相位噪声在逐渐的降低，且在1C较小时，增大1C的值，对于降低振荡器的相位噪声的效果越显著。但是，当我们继续增大1C的值，对于降低振荡器的相位噪声的作用逐渐降低。特别地，当1C200pF时，振荡器的相位噪声相比1C100pF时反而增加了。即当1C的值增大到一定程度时，不但不能降低相位噪声，反而会使得相位噪声提高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RC文氏桥正弦波振荡电路工作条件分析[J]. 杨玉强,腾香. 渤海大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]基于提高有载Q的120 MHz低相噪晶体振荡器设计[J]. 黄显核,王艳,严刚峰. 电子科技大学学报. 2009(05)
[3]锁相环路的相位噪声分析[J]. 陈刚. 科技信息. 2009(03)
[4]晶体管振荡器的非线性问题探讨[J]. 田科英. 华中师范大学学报(自然科学版). 1985(03)
[5]晶体管在RC振荡器中的非线性作用[J]. 陈文楷. 高等学校电工课程教学工作通讯. 1983(Z1)
[6]石英晶体振荡器[J]. 宋东生. 无线电. 2002 (07)
博士论文
[1]反馈式振荡器相位噪声的理论分析及优化技术研究[D]. 王艳.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]80MHz低相位噪声晶体振荡器的设计与实现[D]. 陈萍萍.电子科技大学 2015
[2]120MHz低相位噪声晶体振荡器设计和实现[D]. 唐小宇.电子科技大学 2013
[3]振荡器相位噪声的分析和建模[D]. 王远.安徽大学 2011
[4]基于软件仿真的低相噪晶体振荡器的设计与实现[D]. 付玮.电子科技大学 2009
本文编号：3364267
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石英晶体的形状图
电子科技大学硕士学位论文22000V、和均为常数。因此，理想振荡器的输出信号在时域内的表现为标准的正弦波。但事实上，在实际的电路中，由于振荡器存在着相位噪声，其输出信号会受到影响，使得输出信号出现抖动，如图2-10所示。在时域上，信号的抖动需要经过一段时间才有可能被观察出来。因此，相位噪声在时域上是很难观测的。图2-10振荡器的输出信号频域中，在0处的一个单一脉冲就是理想振荡器输出信号的频谱。但在实际中，由于振荡器存在相位噪声，振荡器输出信号的频谱在信号中心频率0的两边存在噪声边带。如图2-11所示，为振荡器输出信号的频谱。（a）理想中振荡器的输出频谱（b）实际中振荡器的输出频谱图2-11振荡器的输出频谱由图2-11，我们可以看出，实际中振荡器输出信号的频谱存在的噪声边带是对称分布的，其中心为信号的中心频率0。因此，为了方便研究，我们可以将研究对象缩小到一个边带上。振荡器输出信号的单边带噪声（SSB）就是我们所研究的边带，可以用mLf来表示。mLf的定义为在偏离载波频率mf的1Hz带宽内，单边带的功率SSBP和载波总功率SP之间的比值[13]，其表达式为：1HzSSBmSPLfP单边带功率密度载波总功率(2-59)由于单边带相位噪声比较方便简单，可以通过频谱分析仪直接测量。因此，振荡器的相位噪声通常用单边带相位噪声来表示。频谱0频谱0
电子科技大学硕士学位论文38告和错误的信息，即通过仿真，自动弹出数据显示窗口，在该窗口，我们可以添加需要的曲线进行显示，观察分析仿真的结果。在数据显示窗口，选择插入矩形图，选定Vout，点击add添加，在弹出的选项卡中选择“Timedomainsignal”选项，确定后，即会在矩形图中显示输出信号的波形图，如图3-8所示。图3-810MHz振荡器的输出信号的波形图在数据显示窗口中，插入矩形图，添加pnmx，点击plotoptions选项卡，把矩形图的横坐标X设置为log形式，就可以的到晶体振荡器电路中输出端的相位噪声的仿真图。仿真所得的10MHz的振荡器在偏离载波100Hz的相位噪声如表3-5所示。10MHz振荡器输出信号的相位噪声仿真曲线图如图3-9所示。从表3-5和图3-9，我们可以看出，对于10MHz集成式低噪声振荡器而言，当1C的取值在1C10pF到1C100pF之间时，随着1C取值的增加，振荡器的相位噪声在逐渐的降低，且在1C较小时，增大1C的值，对于降低振荡器的相位噪声的效果越显著。但是，当我们继续增大1C的值，对于降低振荡器的相位噪声的作用逐渐降低。特别地，当1C200pF时，振荡器的相位噪声相比1C100pF时反而增加了。即当1C的值增大到一定程度时，不但不能降低相位噪声，反而会使得相位噪声提高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RC文氏桥正弦波振荡电路工作条件分析[J]. 杨玉强,腾香. 渤海大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]基于提高有载Q的120 MHz低相噪晶体振荡器设计[J]. 黄显核,王艳,严刚峰. 电子科技大学学报. 2009(05)
[3]锁相环路的相位噪声分析[J]. 陈刚. 科技信息. 2009(03)
[4]晶体管振荡器的非线性问题探讨[J]. 田科英. 华中师范大学学报(自然科学版). 1985(03)
[5]晶体管在RC振荡器中的非线性作用[J]. 陈文楷. 高等学校电工课程教学工作通讯. 1983(Z1)
[6]石英晶体振荡器[J]. 宋东生. 无线电. 2002 (07)
博士论文
[1]反馈式振荡器相位噪声的理论分析及优化技术研究[D]. 王艳.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]80MHz低相位噪声晶体振荡器的设计与实现[D]. 陈萍萍.电子科技大学 2015
[2]120MHz低相位噪声晶体振荡器设计和实现[D]. 唐小宇.电子科技大学 2013
[3]振荡器相位噪声的分析和建模[D]. 王远.安徽大学 2011
[4]基于软件仿真的低相噪晶体振荡器的设计与实现[D]. 付玮.电子科技大学 2009
本文编号：3364267
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