5.1: Вступ

Last updated
Save as PDF

Page ID: 34139

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Більшість радіочастотних осциляторів генерують синусоїдальні сигнали, які або використовуються для приводу змішувачів, або, якщо модульовані, для отримання частотно-модульованих сигналів безпосередньо. У деяких конструкціях мікрохвильові генератори приводять в дію триггерні схеми, які виробляють періодичні сигнали квадратної хвилі з декількома фазами, як це потрібно для приводів LO модуляторів I/Q. Радіочастотні та мікрохвильові осцилятори можуть бути розроблені з використанням двопортового або однопортового підходу. Класична обробка осциляторів базується на двопортовому пристрої посилення з контуром зворотного зв'язку, але генератор майже завжди можна розглядати, і, таким чином, зручніше сконструйований на мікрохвильових частотах, як однопортовий, в якому резонансний контур, званий ланцюгом бака, підключений до активного схема, яка представляє негативний опір. Однак аналіз стабільності, шуму та запуску генератора засновані на двох портах зі зворотним зв'язком.

Всі конструкції мікрохвильових осциляторів засновані на одній з трьох основних конфігурацій генератора. Відповідні конфігурації повинні мати якомога менше реактивних елементів, забезпечуючи стабільне одночастотне коливання. Ці конфігурації мають три або чотири реактивних елемента. Відображення конструкції мікрохвильового генератора на один із стандартних конструкцій генератора не є простим головним чином тому, що активні пристрої на мікрохвильових частотах мають значні паразитарні ємності, а також повинні бути зроблені коригування для розміщення зміщення. Стабільність мікрохвильового генератора викликає велике занепокоєння, і суть полягає в тому, що має бути якомога менше значних елементів накопичення енергії. Якщо є паразитарні елементи накопичення енергії, вони повинні бути досить малі або поглинені в конденсатори однієї з основних конфігурацій генератора. З більшою кількістю елементів накопичення енергії, ніж необхідно, шанси на небажані резонанси набагато вище, і, отже, нестабільність генератора є більш імовірною.

На НВЧ-частотах обмежена кількість згорнутих елементів.\(Q\) Згорнутий індуктор в ланцюзі бака має особливо низький рівень,\(Q\) і якщо є місце, він замінюється лінією електропередачі. Осцилятори, які закріплені по частоті, можуть використовувати резонансний контур з високими елементами\(Q\) контуру. Це контрастує з генераторами, керованими напругою (VCO), які мають змінний елемент з втратами, майже завжди варактор, у ланцюзі резервуара в тому, що зараз є низьким\(Q\) резонансним контуром. Регульована напругою зміна (незмінно) ємності цього елемента змінює частоту генератора.

Мікрохвильовий генератор може бути реалізований на чіпі або реалізований у вигляді гібридної схеми з упакованим активним пристроєм та упакованими кусковими елементами та, можливо, лініями передачі для резонансного контуру. Гібридна конструкція має набагато більшу гнучкість, ніж вбудована конструкція, і якщо вона розроблена правильно, має кращу продуктивність, ніж монолітно інтегрована конструкція. Гібридні методи проектування набагато більш зрілі, ніж конструкції на основі чіпів, але з часом деякі методи, що використовуються з гібридними конструкціями, перейдуть до дизайну на мікросхемі. Також начіпові конструкції переважно диференціальні з транзисторами в двотактної, тобто диференціальної, конфігурації. Кращу продуктивність на кристалічному осциляторі можна отримати за допомогою офф-чіпового резонатора.

Теорія осциляторів походить від аналізу двох портів з коефіцієнтом посилення та зворотного зв'язку. Ця теорія описана в розділі 5.2. Наступні розділи вивчають практичні конфігурації осциляторів. У розділі 5.3 представлена методика проектування для проектування мікрохвильового генератора з фіксованою частотою, і це супроводжується конструктивним прикладом у розділі 5.4. Відмінною рисою тут є те, що резонансний контур складається з високих\(Q\) елементів. У розділі 5.5 представлений підхід до проектування мікрохвильового генератора, керованого напругою. Сучасне тематичне дослідження конструкції\(5\text{ GHz}\) ГУН представлено в розділі 5.6. У розділі 5.7 описана конструкція вбудованого диференціального генератора. Останні два розділи, Розділи 5.8 та 5.9 у цій главі описують фазовий шум генератора, характеристика, яка є основним параметром обмеження продуктивності генератора, оскільки, наприклад, він впливає на чутливість та продуктивність систем зв'язку та діапазон радіолокатора.