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自动频率控制电路地设计与制作.doc

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某某中德职业技术学院


毕 业 设 计 任 务 书


设计题目: 自动频率控制电路的设计与制作

完成期限:自年月日 至年月日


所属系部 LC压控振荡器的研究现状
振荡器电路的实现方式主要有两种:电感电容谐振振荡器和环形振荡器。环形振荡器的振幅比拟大,但其开关非线性效应很强,使得它受电源/地的噪声影响很明显。虽然环形振荡器也能够工作到1-2GHz,但是出于其相位噪声性能比电感电容谐振振荡器差很多,故而在1GHz以上的振荡器很少采用环形振荡器结构。
1.2.1 片上电感和可变电容
电感电容谐振压控振荡器的电路结构来源于印刷线路板(PCB)上采用分立器件实现的振荡器电路,早期它们大多采用分立的电感,电容与分立三极管器件。有源器件(三极管和MOS管)非常适合于硅工艺集成,然而电感和可变电容面的集成临巨大的挑战。早期半集成化的压控振荡器很多都采用键合线(Bondwire)电感来实现高Q值电感,并采用反偏二极管的PN结电容来实现压控可变电容。随着CMOS工艺的不断进步,基于片上螺旋电感的电感电容压控振荡器被广泛采用。
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可变电容作为可调单元广泛用于射频的压控振荡器的谐振电路中。在CMOS工艺上实现可变电容主要有四种结构:PN结电容,普通MOS管电容,反型MOS管电容和累积型MOS管电容。PN结电容是在N阱上做一层P+有源区,从而实现一个P+/n-well结电容;另外一类可变电容的实现方法是利用MOS管工作在不同的区域〔强反型区、耗尽区和累积区〕从而改变电容值。根据MOS管的源极(S),漏极(D)以与衬底(B)的不同连接方法,使得MOS管的电容可以分成三种不同的情况。
1.2.2 相位噪声理论和降噪技术
振荡器的输出信号,理想情况下应当是一个频谱纯净的正弦波,但是由于电子电路中的各种噪声以与温度、电源电压等的变化都会对振荡器的输出信号产生影响,使输出信号的振幅,相位和频率发生改变,振荡器的输出信号就会发生畸变,频谱也成为中心频率附近的两个带状频率分布,如图1.1所示这些不希望出现的能量分布,就是相噪声。

(a) 理想振荡器频谱图 〔b〕实际振荡器频谱图
图1.1 理想振荡器和实际振荡器的输出频谱图
大多数情况下,压控振荡器的相位噪声性能是影响集成接收机灵敏度的最主要的因素。电感电容压控振荡器的噪声主要来源于低Q值片上电感中的串联电阻,开关差分对管和尾电流源。电路中的有源和无源器件的白噪声,在频偏较大的频率上产生1/f,特性的相位噪声;而闪烁噪声在频偏较小的频率X围产生1/f特性的相位噪声。相位噪声对射频信号的混频非常不利,很大的相位噪声会将很强的邻近干扰信号混频到信道中,造成信号频谱的阻塞现象,从而降低了信道中的信噪比。
随着对压控振荡器的相位噪声产生的物理机制的渐渐认清,许多人提出了大量降低相位噪声的方法,其中最具代表的技术是噪声滤波技术,闪烁噪声降低技术。
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二、可变电容的性能参数
可变电容的参数对LC压控振荡器性能影响显著,譬如可变电容比、品质因数Q和截止频率都是很关键的参数。
可变电容在外加电压的调节下电容发生变化,设,为它变化的最大最小电容。可变电容比,由式〔3-2〕可以看出可变电容比约大,振荡器可以调节的频率X围也就越大。有时候可用电容调制系数来表示变容管的相对变化量。,越大,可实现的频率调节X围就越宽。
电容的品质因数表示了电容在一个振荡周期存储的能量和消耗的能量的比值,可以用式表示。是它的工作频率,是它的串联电阻。一般情况下Q和工作的频率有关,所以在说变容管的Q值时,必须指明它工作的频率。
通常定义使Q值等于1的频率为变容管的截止频率,此时,截止频率决定了变容管的工作上限,一般它的工作频率要远小于截止频率。

2.1 负阻理论
在负阻理论中不再将振荡器看成由放大器和反应网络组成的两端口网络,而是将振荡器看成一个单端口网络进展分析,并针对端口呈现的负值阻抗进展设计。图2.4为负阻振荡模型。
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2.1.1 起振条件
假设电路的等效电感和电容分别为: L和C,如此可以列出整个电路的电流方程:
〔2-11〕
求方程的解,当满足时,方程的特征解为:
〔2-12〕
其中。
在振荡器起振时要求信号的幅度越来越大,也就是i随着t的增加而变大,这就需要:
〔2-13〕
由式(2-13)可以看出振荡器的阻值必须为负值,而且它的绝对值应大于负载的阻值。这就是负阻理论的起振条件。

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上传人:511709291 2022/1/15 文件大小:845 KB

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