一种宽调谐低相噪微带压控振荡器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，谐振网络和输出匹配网络均连接于负阻网络；负阻网络包括超低噪场效应管M和反馈网络，谐振网络连接于超低噪场效应管M的栅极，输出匹配网络连接于超低噪场效应管M的漏极；反馈网络的一端连接于超低噪场效应管M的源极，另一端接地；反馈网络使得超低噪场效应管M的栅极获得负阻抗，并使得超低噪场效应管M的漏极获得高输出功率。本实用新型专利技术一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，通过设置上述器件，通过对晶体管输出匹配网络结构进行合理设计，提出了一种宽调谐低相噪微带振荡器。这种设计理念所实现的振荡器不仅解决了目前存在的问题，而且其结构紧凑、成本低廉且易于实现，对VCO的研究意义重大。

A Wide Tuning Low Phase Noise Microstrip Voltage Controlled Oscillator

【技术实现步骤摘要】
一种宽调谐低相噪微带压控振荡器
本技术涉及电子信息
，具体涉及一种宽调谐低相噪微带压控振荡器。
技术介绍
现今各种通信系统对频率合成器的相位噪声要求越来越高。相位噪声是信息传输质量和可靠性的重要参数。压控振荡器(VCO)是射频收发器中的一个核心模块，频率合成器的相位噪声主要由VCO决定，因而高性能压控振荡器的设计变得十分关键。从电路结构来分，压控振荡器主要有两类：环路振荡器和LC振荡器。环路振荡器能获得大的调谐范围，易于集成，但是其相位噪声性能不如LC振荡器。在LC振荡器中，可以通过采用电容比值Cmax/Cmin大的MOS变容管来获得宽的调谐范围。同时因为Q值很高，所以也能获得好的相位噪声。然而，在实际应用中，系统的相位噪声与压控振荡器的灵敏度(KVCO)有关。因为在频率合成器中，前级模块的噪声直接加在压控振荡器的输入端。因此实际的压控振荡器在获得大的调谐范围的情况下，必须尽量减小压控振荡器的灵敏度。另外，影响LC压控振荡器相位噪声的主要因素还有：尾电流源、片上电感的Q值以及输出信号的幅度和对称性。在LC压控振荡器中，通常采用有源器件产生负电导(-Gm)来补偿集成电感和可变电容的电阻损失，如图1所示。图1中的Gtank表示由电感和电容引起的电阻损失，当有源器件足以补偿电阻损失时，即Gactive≥Gtank时，LC压控振荡器能够维持振荡。在传统压控振荡器中，主要可分为晶体压控振荡器、RC压控振荡器和LC压控振荡器。晶体压控振荡器(VCXO)主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的；RC压控振荡器多用在单片集成电路中；LC压控振荡器通常是用变容二极管C与电感L，所接成的LC谐振电路。提高变容二极管的逆向偏压，二极管内的空泛区会加大，两导体面之距离一变长，电容就降低了，此LC电路的谐振频率，就会被提高。反之，降低逆向偏压时，二极管内的电容变大，频率就会降低。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。研究表明，由于LC谐振腔的Q值很高，因而这种类型的VCO的相位噪声很低，因而常用于对频率抖动要求非常低的频率合成器中。并且这种结构的工作频率只与电感L和电容C有关，通过减小电感或电容并减小电路的寄生电容可以使得电路工作在很高的工作频率下。基于以上讨论，本技术选用LC压控振荡器，设计了一款基于平面结构的宽调谐振荡器。该设计将开路线作为输出匹配的方式，开路线在二次谐波频率处相当于开路线，也相当于一个对地的带通滤波器，因而能有效地抑制了二次谐波；晶体管采用共源串联反馈拓扑结构，使得在栅极处获得负阻抗，在漏极处获得高输出功率。这一设计使得该振荡器获得较宽的调谐范围。综上所述，该设计电路简单易实现，且设计过程大大减小了电路尺寸，这符合小型化的设计思想。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是现有技术中的VCO频率稳定度低，调频范围窄并且电路复杂不易实现，目的在于提供一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，解决上述问题。本技术通过下述技术方案实现：一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，包括谐振网络、负阻网络和输出匹配网络；所述谐振网络和输出匹配网络均连接于负阻网络；所述负阻网络包括超低噪场效应管M和反馈网络，所述谐振网络连接于超低噪场效应管M的栅极，所述输出匹配网络连接于超低噪场效应管M的漏极；所述反馈网络的一端连接于超低噪场效应管M的源极，另一端接地；所述反馈网络使得超低噪场效应管M的栅极获得负阻抗，并使得超低噪场效应管M的漏极获得高输出功率。现有技术中，VCO频率稳定度低，调频范围窄并且电路复杂不易实现。本技术应用时，选用低噪声晶体管来产生负阻，该晶体管的最小噪声值在1GHz时是0.35dB。因此适合于高效率低相位噪声振荡器的设计。晶体管采用共源串联反馈拓扑结构，在栅极处获得负阻抗，在漏极处获得高输出功率，具体的原理详见实施例。本技术通过设置上述器件，通过对晶体管输出匹配网络结构进行合理设计，提出了一种宽调谐低相噪微带振荡器。这种设计理念所实现的振荡器不仅解决了目前存在的问题，而且其结构紧凑、成本低廉且易于实现，对VCO的研究意义重大。进一步的，所述反馈网络包括微带线R3和微带线R4；所述微带线R3的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端为开路；所述微带线R4的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端通过阻抗Z2接地。本技术应用时，微带线R3和微带线R4相当于是进行了串联反馈拓扑设计，通过这种串联反馈拓扑设计，将栅极的负阻抗增加到预期的工作频率范围，获得更宽的调谐范围。进一步的，所述谐振网络包括微带线R1、微带线R2、变容二极管D、偏置网络Q1和偏置网络Q2；所述微带线R1、变容二极管D和微带线R2依次串联，且微带线R2远离变容二极管D的一端接超低噪场效应管M的栅极；所述微带线R1通过阻抗Z1接地；所述偏置网络Q1的一端连接于微带线R1，另一端接调谐电压；所述偏置网络Q2的一端连接于微带线R2，另一端接负电压。本技术应用时，偏置网络用于过滤来自电源的任何不需要的信号调制或噪声注入，而在变容二极管调谐的压控振荡器设计中，调谐范围通常受到变容二极管调谐能力的限制。宽带调谐范围可以通过使用具有高电容比(最高电容值与最低电容值的比值)的变容二极管来获得。在本次设计中，通过砷化镓超突变结变容二极管提供调谐，其满足高电容比指标。该变容二极管由于串联电阻低，所以具有较低的最小电容值(0.178pF)和高的电容比(6.904)和高的Q因子。这些因素使超突变砷化镓二极管成为一种良好的选择，以获得所提出的设计的宽带调谐范围。进一步的，所述输出匹配网络包括微带线R5、微带线R6、微带线R7、偏置网络Q3、电容Cblock和SMA连接线；所述微带线R5、微带线R7、电容Cblock和SMA连接线依次连接，且微带线R5远离微带线R7的一端连接于超低噪场效应管M的漏极；所述SMA连接线连接于输出端；所述微带线R6的一端连接于微带线R7远离电容Cblock的一端，微带线R6的另一端开路；所述偏置网络Q3的一端连接于微带线R7远离电容Cblock的一端，偏置网络Q3的另一端接正电压。本技术应用时，偏置网络用于过滤来自电源的任何不需要的信号调制或噪声注入，微带线R5、微带线R6、微带线R7提供匹配阻抗，而电容Cblock用于防止由电源电压的微小变化引起的不必要的输出功率波动和频率偏差。进一步的，所述偏置网络包括串联的四分之一波长线和径向短截线；所述径向短截线接电源。进一步的，所述微带线R6为1/8波长开路线。本技术应用时，利用了电容Cblock在基频附近的自谐振，是使基频几乎能无损耗的通过，而高于电容的自谐振频率时，该电容的寄生电感起主要作用，其阻抗随频率的增加而增加，使得在二次谐波处其阻抗较大，从而加强了二次谐波抑制。也就是1/8波长开路线在二次谐波频率处相当于1/4波长开路线，也相当于一个对地的带通滤波器，因而能有效地抑制了二次谐波。进一步的，所述超低噪场效应管M在1GHz的最小噪声值是0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，其特征在于，包括谐振网络、负阻网络和输出匹配网络；所述谐振网络和输出匹配网络均连接于负阻网络；所述负阻网络包括超低噪场效应管M和反馈网络，所述谐振网络连接于超低噪场效应管M的栅极，所述输出匹配网络连接于超低噪场效应管M的漏极；所述反馈网络的一端连接于超低噪场效应管M的源极，另一端接地；所述反馈网络使得超低噪场效应管M的栅极获得负阻抗，并使得超低噪场效应管M的漏极获得高输出功率；所述反馈网络包括微带线R3和微带线R4；所述微带线R3的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端为开路；所述微带线R4的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端通过阻抗Z2接地；所述谐振网络包括微带线R1、微带线R2、变容二极管D、偏置网络Q1和偏置网络Q2；所述微带线R1、变容二极管D和微带线R2依次串联，且微带线R2远离变容二极管D的一端接超低噪场效应管M的栅极；所述微带线R1通过阻抗Z1接地；所述偏置网络Q1的一端连接于微带线R1，另一端接调谐电压电压；所述偏置网络Q2的一端连接于微带线R2，另一端负电压电压。

【技术特征摘要】
1.一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，其特征在于，包括谐振网络、负阻网络和输出匹配网络；所述谐振网络和输出匹配网络均连接于负阻网络；所述负阻网络包括超低噪场效应管M和反馈网络，所述谐振网络连接于超低噪场效应管M的栅极，所述输出匹配网络连接于超低噪场效应管M的漏极；所述反馈网络的一端连接于超低噪场效应管M的源极，另一端接地；所述反馈网络使得超低噪场效应管M的栅极获得负阻抗，并使得超低噪场效应管M的漏极获得高输出功率；所述反馈网络包括微带线R3和微带线R4；所述微带线R3的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端为开路；所述微带线R4的一端接超低噪场效应管M的源极，另一端通过阻抗Z2接地；所述谐振网络包括微带线R1、微带线R2、变容二极管D、偏置网络Q1和偏置网络Q2；所述微带线R1、变容二极管D和微带线R2依次串联，且微带线R2远离变容二极管D的一端接超低噪场效应管M的栅极；所述微带线R1通过阻抗Z1接地；所述偏置网络Q1的一端连接于微带线R1，另一端接调谐电压电压；所述偏置网络Q2的一端连接于微带线R2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈会，黄剑海，
申请(专利权)人：成都会讯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51