S波段单片压控振荡器的设计

论文摘要

近几年无线通信系统的迅猛发展促进了无线收发机的研究与开发。压控振荡器,作为锁相环、频率综合和时钟恢复等电路的关键模块,是无线收发机系统中的一部分,对整个系统的性能、尺寸、重量和成本都有着决定性的影响、是射频电路设计与集成的一个难点。在工艺技术的飞速进步下,压控振荡器可以实现单片集成,这对降低收发机的成本与减小体积尺寸十分关键。如何在高频率下设计低相位噪声和高输出功率的全集成压控振荡器,仍然是目前研究的难点。本论文针对上述问题,系统分析了集成电感电容压控振荡器的原理和实现,参考国内外研究现状,设计了一种低相位噪声,宽调谐范围,高输出功率的单片微波压控振荡器。主要实现了位于S波段,输出功率>7dBm的单片微波压控振荡器。并使用ADS软件仿真完成了有源器件选型、可变电容器选型、振荡器拓扑结构确定、电路不稳定状态的实现、起振条件的S参数仿真、瞬态仿真以及谐波平衡仿真等,并完成了版图设计。本设计的特点及难点在于使用漏级输出结构,从而实现高输出功率的要求。该设计产品可以广泛用于无线通信服务(WCS,Wireless Communication Service)及工业科学医疗(ISM,Industrial, Scientific, Medical)频段,从而具有广阔的应用前景与实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文研究的背景与目的
• 1.2 MMIC VCO 的研究现状
• 1.3 本论文的研究内容与组织结构
• 2 电路形式及器件的选择
• 2.1 电路形式的选择
• 2.1.1 有源器件的选取
• 2.1.2 PHEMT 特点
• 2.1.3 PHEMT 器件的特性参数
• 2.2 无源器件的选择
• 3 压控振荡器的基本原理
• 3.1 振荡器概述
• 3.2 振荡器的基本原理
• 3.3 LC 振荡器
• 3.4 电感电容压控振荡器
• 3.4.1 压控振荡器的数学模型
• 3.4.2 压控振荡器的主要性能参数
• 4 相位噪声分析
• 4.1 概述
• 4.2 振荡器的相位噪声
• 4.2.1 相位噪声的定义
• 4.2.2 相位噪声对系统的影响
• 4.3 相位噪声的分析
• 4.4 降低相位噪声的方法
• 5 设计实例与仿真
• 5.1 设计指标
• 5.2 设计思路与仿真
• 5.2.1 电路拓扑结构的选择
• 5.2.2 场管直流工作点的选择
• 5.2.3 可变电容器的选择
• 5.2.4 场管不稳定状态的获得
• 5.2.5 输出匹配电路的获得
• 5.2.6 S 参数仿真起振频率
• 5.2.7 瞬态仿真与输出
• 5.2.8 谐波平衡仿真
• 5.3 版图输出
• 5.4 小结
• 6 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书