用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管 留言

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管

Ulrich L. RohdeSynergy MicrowaveCenter for Integrated Sensor Systems, Universität der BundeswehrIgnatz EiseleCenter for Integrated Sensor Systems, Universität der BundeswehrFraunhofer EMFTLeonhard Sturm-Rogon, Robert Wieland and Wilfried LerchFraunhofer EMFT

几乎所有的射频振荡器都是电压控制的。主要的单边带噪声来自晶体管的固有噪声源和调谐二极管的噪声。已公布的晶体管闪烁噪声指数(AF)和闪烁噪声系数(KF)值通常是在μV射频水平和正常直流工作条件下确定的。由于振荡器中的射频水平要高得多,在电路分析中必须考虑这一点。

由于数字应用的要求,大多数半导体公司改变了调谐二极管的生产工艺,其结果是振荡器相位噪声恶化。另外,没有一家二极管制造商规定振荡器的相位噪声,因为有太多的振荡器电路的变化。

为了开发和鉴定低噪声调谐二极管,有必要描述适当的振荡器,分析其关键的半导体元件,最后将调谐二极管与固定电容器的理想情况进行比较。

三电抗振荡器的分析

1显示了一个振荡器的一般电路。这通常被称为Colpitts振荡器1。它有一个电容分压器、Z1Z2、以及一个电感Z3。它的相位噪声可以用微波仿真器确定。然而,通过这些程序,不可能区分出对输出信号的各个噪声贡献。因此,这里提出了对振荡器电路方程的直接分析。有源器件是一个三端器件,通常是一个晶体管2

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

使用放大器模型的通用振荡器电路。ZL是负载。

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

Colpitts振荡器的基极引线电感Lp以及封装电容Cp3, p.132

2显示了Colpitts振荡器,包括引线和封装寄生电容。在实践中,调谐电路的损耗部分是电感。Rs1是谐振器的损耗。将Colpitts振荡器的输入阻抗ZIN(图1)拆分为实部和虚部,得到:

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

其中:

RN:不含引线电感和封装电容的负电阻

RNEQ:带基极引线电感和封装电容的负电阻

CEQ:带基极引线电感和封装电容的等效电容。

所示方法是基于单口振荡器的结构。3,4,5 ZIN的负实部补偿了平行调谐电路的电阻损耗。

方程(1b)可以解出CEQ,见方程(2a),虚部。补偿调谐电路损耗所需的电阻ZIN,package噪声负实部的精确计算由以下公式给出:

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

左边部分是噪声输入电阻的负值部分。本征值RN是:

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

这是一个嘈杂的电子产生的负电阻。它结合了所有内部噪声源,在振荡器载波频率上进行调制。

Leeson的经验相位噪声模型

E.J.Baghdady等人6首先给出了相位噪声的定义。单边带相位噪声方程式(3)是David Leeson7SchererRohde8给出的Scherer是第一个将闪烁效应引入Leeson方程的人,Rohde是第一个加入AM-PMVCO,方程中的最后一项)转换效应的人,该效应由有源器件的非线性电容引起。

Leeson的完整相位噪声方程由以下公式给出:

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

其中:

£(fm)=1Hz带宽内fm的边带功率与总功率之比,单位为dB

fm=频率偏移,或调制频率

f0=中心频率

fc=闪烁角频率

QL=调谐电路的负载Q,应是无负载谐振器Q0的一半(功率匹配)

F=大信号噪声系数

kT=4.1×10-21,在300K(室温)下

Psav=振荡器输出的平均功率

R=调谐二极管的等效噪声电阻(通常为200Ω至10kΩ]

K0=振荡器电压增益

k=玻尔兹曼常数。

方程(3)的图形显示在图3中。问题是必要的数据,如输出功率、大信号噪声系数、加载的Q值和闪烁噪声,都不是预先知道的。另一个问题是,它没有提供半导体器件的实际噪声贡献。下面显示,VCO中调谐二极管的相位噪声贡献是关键部分,而不是晶体管本身。固定频率振荡器是最好的相位噪声例子。

用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

振荡器相位噪声的等效反馈模型。3,8

根据fcf0/2QL之间的关系,有两种情况值得关注。对于低Q值的情况,频谱相位噪声不受谐振器Q值的影响,但£(fm)谱密度将显示在靠近载波的地方有1/f3

 

原文始发于微信公众号(actMWJC):用于压控振荡器(VCO)的低噪声调谐二极管(原载于《微波杂志》22年11/12月号)

 

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