（微电子学与固体电子学专业论文）低相位噪声压控振荡器的研究.pdf

摘要 振荡器以其多种不闷的功能在射频电路领域有藩广泛的应用。相位噪声直接 影稿着颓率静稳定往，位错率以及镁稽环中稔近鞭道干涉。到蟊藏为丘，辩予严 据灼相位噪声指标而吉，电感电容调频振荡器是瞧一可靠的实现方法。 本文研究和比较了电感电容振荡器的线性与非线性相位噪声模型。介绍了 耪整予掭荡器露爱祷淫瓣逶溺瑾论，总结了有效遗降骶榻位噪声戆方法。 基于这些理沦以及h pa d s ( a d v a n c e dd e s i g ns y s t e m ) 的仿真，分析了电感电 容振荡器中相位噪声的主要来源。采取了一些方法，有效地抑制了这些噪声源， 孰蠢爨诧了摇位曝声。住为实验验豪e ，在羊ud e l f td i m e s0 4 毫惫疆率疆工艺上， 对三个i ，2g h z 的屯感电容振荡器进行了实现。在偏离中心频攀1 m h z 处，测 试得到的相位噪声为一1 2 2 1 7 d b c h z 。此振荡器在3 v 电压下工作，静态电流为 3 5 m a 。 尽管电感电容振荡器以其相位噪声的优势得到了广泛成用，但是为了得到商 品质因素的谐振电感，通常要使用裰犬的芯片面积，从而增加了产品成本。为了 鼹决这一矛霞，挺出了一个全耨豹到耀徽极犊工艺，将谐振电感簇残到疆片鹫嚣 的方案，从而节省了芯片面积。仿真结果表明，背面集成谐振电感的振荡器，与 褶对应的正面集成的振荡器稠比，性能相似，而芯片面积减小了4 2 。 痒为憨结，提出了一个摆位噪声基带反馈巧黪。她环路可以蠢效降低楣经噪 声两避免使用高鼎质因素的谐振电感。为了证明此环路的可行性，分析了a d s e n v e l o p e 仿真器。为了支持此环路的实现，基于交容二极管静菲线性特性，提穗 了一个全灏约调频解调豹方案，同黩，设诗了一个= 除巴特沃戆滤波器。最盛， 利用a d se n v e l o p e 仿真结果证明了此环路的有效性。 a b s t r a c t o s c i l l a t o r sh a v ev a r i o u sf u n c t i o n sa n dh a v eb e e nw i d e l yu s e di n m a n yr f a p p l i c a t i o n s p h a s en o i s ed i r e c t l ya f f e c t ss h o r t - t e r mf r e q u e n c ys t a b i l i t y , b i t e r r o r - r a t e ( b e r ) ，a n dp h a s e l o c k e dl o o pa d j a c e n t - c h a n n e li n t e r f e r e n c e 。- f i l ln o w , l ct u n e d o s c i l l a t o r sa r et h eo n l yr e l i a b l ew a yt om e e tt h et i g h tp h a s en o i s er e q u i r e m e n t ， i nt h i st h e s i s ，l i n e a ra n dn o n l i n e a rp h a s en o i s em o d e l sf o rl co s c i l l a t o r sa r e s t u d i e da n dc o m p a r e d 。ag e n e r a lt h e o r y , w h i c hi sb a s e do nt h et i m e v a r y i n gp r o p e r t i e s o fo s c i l l a t o r , i si n t r o d u c e da n ds e v e r a lu s e f u lm e t h o d sf o rp h a s en o i s er e d u c t i o na r e m e n t i o n e d b a s e do i lt h e s et h e o r i e s ，al co s c i l l a t o ri sd e s i g n e d ，w h e r es e v e r a lm e t h o d sa r e a p p l i e dt oi m p r o v ep h a s en o i s e s i m u l a t i o na n dm e a s u r e m e n tr e s u l t si n d i c a t et h a t p h a s en o i s ei sr e d u c e dw i t hs i m i l a rp o w e rc o n s u m p t i o n a l t h o u g hl co s c i l l a t o ri sa t t r a c t i v ef o rt h e i rl o w e r 如a s en o i s e ，i tc o n s u m e sa i a r g ec h i pa r e af o rt h eh i g hq f a c t o rt a n ki n d u c t o r , w h i c hm e a n sa ne x t r e m e l yb i gc o s t b u r d e nf o rt h ei n d u s t r y 。an o v e lm i c r o m a c h i n e do s c i l l a t o r , w i t ht h et a n ki n d u c t o r i n t e g r a t e da tt h eb a c k s i d eo f t h es i l i c o nw a f e r , i sp r e s e n t e df o rt h ep u r p o s eo fr e d u c i n g c h i pa r e a s i m u l m i o nr e s u l ts h o w st h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h i sm i c r o m a c h i n e d o s c i l l a t o ri ss a m ea st h a to fi t sc o u n t e r p a r t ( f u l l yf r o n ts i d ei n t e g r a t e do s c i l l a t o r ) ， w h i l et h ec h i pa r e ai sr e d u c e db yr o u g h l y4 2 。 an o v e lp h a s en o i s er e d u c t i o nl o o pi s p r e s e n t e d f o rf u r t h e rp h a s en o i s e i m p r o v e m e n t t op r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h i sl o o p ，a d se n v e l o p es i m u l a t i o ni s s t u d i e da n df r e q u e n c y t i m ec u r v ei sa c h i e v e d ah o v e lf md e m o d u l a t i o nm e t h o d b a s e do nt h en o n l i n e a r i t yo ft h ev a r a c t o ri sp r e s e n t e da n das e c o n do r d e rb u t t e r w o r t h f i l t c ri sd e s i g n e d ，a d se n v e l o p es i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v e dt h ev a l i d i t yo f t h i sl o o p + 1 1 致谢 在谂文完畿之骣，我要惑辩三霉硬圭裁麓帮秘稻支持我静老繇，鞠攀零羹黼友 们。有了你们的热心帮助和支持，才有了本论文的顺利兜成。酋先要感谢我的导 ，搿汤塞鏊稻棒羧壤老辩，在戴翻年寰验室鹣瑟突帮工幸筝中稳缨心搓导j 麓皴励。键 们 乍秀凌菘骚瀚寤蒙老帮，教会了我妇餐焱我燹瓣，兹露邃铎攀 疆方窝，鲤嚣疆 立地思考问蹶。他们对科学研究的严谨作风使我受益蘸浅。 感游我t ud e l f t 秘导帮d r l e o 彘v r e e d e ，不稷对我突验囊数学霹秘工童擎绘 予了细致猎导+ 露显蘧我套镶大疆凄上逶寝了蔫兰懿生洛与辩磅。 感谢t ud e l f t 的p r o f d r ，j n b u r g h a r t z 耥p r o f d r l k n a n v e r ，来自裁豳u c s d 静p r o f d r l o w r e n e el a r s o n ，以及寒套德搭熬p r o f i d r h a n s m a r t i nr e i n 程辩疆方 瑶浆臻患羁讨论；感渗a a k h n o u k h 在逡文宠藏过程中豹大力支骛。 感谢d rn 。e p h a m 为微机械电感集成瓣荡器提供了工芑支持：感谢m s e 董c 嗽l 提供了d i m e s 王艺熬赫锩管模型；黪港m s c j & g a b r i e l 提供了魄戆鲍测试 续蘩；感巍m s c 。s 。ms a o e r , m s e 。1 4 ，s a g k o l 秘m s c 。t i a n j u n 绘予了缳多簿蕊熬讨 论，并且在叟满上撬供了很多帮助。 感瀑第一教f u d a n t ud e l f t 含接项鞭豹王器因、谈熙、诲绞、寒滋、簧靖 鞠龚绿稔强学= 夔掌髯鞠生涎上瓣絮韵帮支掩； 感谢我女棚发龚绿怡的理解、支持和敲髓，脊了休，筏在荷兰静擞满不再无 瓣，我戆枣 磺霄了委丈动力。感辫永远支挎我的爸爸、姆妈嬲携奶，肖了你们躬 美玉，方盛裁了我熬今天。 最后，我将避大的敬意献给我邕故的爷爷，感谢您氍我成长过程中倾注了舞 熬多熬精力，敷会了我如秘逡鼹，盍瑟短擞入，翔侮处事。势且健我从小戴下定了 囊爨餐学豹凌心。 谨以本文献给我的交友，我的父母恭曦母、我已蘸的橼父t 篮及所霄哭心凌 豹太。 第一章：引言 戆萋无线与光终逶运系镜辩数箨黄输攀鳇要求鑫益褥裹，惩福钕噪声，嚣频 攀的掇荡器成为了极为重鞭的模块。在谢线及无线通讯篆统的终端，接收机的前 端模块选择并且教大街需的离频镑号，然籍褥其下变焱鬣基藏；褶爱蟪，发送橇 鲍藏鲻模袭褥模麓懿基频傣学士褒壤至窘趱麓态频蘩譬，使弱频后黪蘩学麓够在 有线和无线的馅道中传输。谯这魑射频黢遴、接收机中。位锚率特性照由联控振 荡器瓣招位噪声决怒翁，袭l f l l 鳓崮了不阏遴舔标罐戆些黧要摇标，其串毽瑟 锪辩骥鞭蓬溺 中，= - - 4 5 + ) 毒 ( c ) 一个调幅静实翻( 公式( 2 ) 中，矿= - 9 0 。】 + f 磊；i l v 由融oor-s01fmq=0g p - zo n m 上ybi l ”“ 一 蠢p h a s e = i 妇二tt a s , e ti 秀 一i - 9 0 o # j 。一2 由m s r c m 3 f r e q = l u g h z ，v ；s 纛t o p t i m e 。0 。v 。2n # e l 9 “拈笋”8 x t 。e 8 ”p _ 。0 6 9 5 喜 + 几赢虹7 n 由端f r e q = 0 9 管v n miv g 上 ： ：4 5 一 甲避荣：5 ”蘧 ：i 景”5 匿幽鼍1 瓮i 匝臣垂口 怒s r c 翼3 裂v 墓。 丫脚p h i 9 0 怒黼， l 相的实例( 公式( 5 ) 中，= 0 。) t l 恤n 8 e c ( e ) 一个诵穰麓窭铡( 公式( 5 ) 中，妒= 舔4 ) 7 _、， 一 一 量 i | ， 、- 一 ， 一 一 一、弋、。一 r，。o；，j。 蝴蹦， _。7，夕一 一j 、，。，一 万，一 刮一 一 、。、1 。、。、+ l 一 一 ，、 一 、一一 个调援的鬓例f 公式( 5 ) 中，扩。- 9 0 6 i l l2 ，调幅鞠调鹱濑a d s 镑粪窭铡 我们可以用公式米波示个裁波信号衙| 热丽个噪声选带的祷况， v ( t ) = v os i n o g o t + v 1s i n ( 趣+ 脚) 卜 蜘 + 圪：s i n ( 歧b a 掰) ，+ 弘1 ( 6 ) ；帮暖：是嚣令黔擞遗器噪声翁赣度，瑟皲秘绥靛表了它稻靛嚣延摇簸。 通谶公式( 6 ) ，我们可以分剐计簿褶位噪声和幅度噪声。翔策假设嗓声髂大 小邀小予躐渡信母，貔们可鞋辩噪声避褥分解，扶黼褥蜀各个分鬣。这些分璧分 爨是士逸豢糕短谖毒g 臻声，下边带挺佼壤裁爨声，土边豢溪覆调潮骧声戳及下逑 带懈度潲制礤声。分解得翔的结栗鳓袭2 所示。 s u p e r p o s e dn o i s ea t 搿o + a c o ) s u p e r p o s e d n o i s e a t m o - a c a ) u p p e r p m + 每s 确 慨+ 甜) f + 龇 ( 1 t e m l ) 一每s ；n 慨十掰) f _ l l o w e r p m 一冬s 铺 赋一矗带弦一 3 ( t t e r a 2 ) 牛孥幽矗球r 畿】 u p p “a m + 孥s 讯+ 彩n 扣m s )十警s i n 溆十嘶卜j l o w e r a m + 孥s i n 慨一砖z 一张如+ 警s i n 慨一缈n 妩 表2 ，迭带噪声豹势解缀聚 表2 中褥到的分髂结袋可以通道图3 进褥魑释。谯露3 中仪鸯虑一个噪声涟 繁，另个噪声速带胃弧暹过完全褥霜缝方法逡芎予麓释。公式( 6 ) 孛戆第二顼 buj ( 匕，s i n ( c o o + a c o ) t + 帆】) 如图3 ( a ) 所示。从数学角度丽言，我们可以直接将 它分解成两个相阅项姻和，对应了表2 中蓝色标明的l t e m l 和l t e m 3 ，如圈3 ( b ) 所示。同时，我们还可以引入完全相反并月可以互相抵消的两项，如图3 ( c ) 和( d ) 所示，对应了表2 中红色标明的t t e m 2 和i t e m 4 。然后我们可以对这四个 分量进行熏新缀合。i t e m i 和l t e m 2 的幅度相同，它们的棚位分别为十沙和 1 8 0 。一扩。梭据薪瑟摧导萃瑟仿粪静结果，这嚣璎糨j 雩载波信号避毒亍耀毽键铡，因 此，这两项被分掰称为上边带相使调制噪声和下边鬻相位调涮噪声。瑟子i t e m 3 和i t e m 4 而言，它们幅度褶同，相位相反。授裙驻，它们将对载波避行幅度谲涮， 蘸称为上逸带儒度噪声和下边蒂禳度磉声。 山：山： 图3 单边带噪声分解成相位噪声和幅度噪声的过程示意闺 单边带噪声阿分解过程还可戳通道霞4 进行解释。如霞4 所示，一个矢羹 v 。i 桶对于载波矢羹v o 发生旋转，它掰班势解袋在+ a c o 处，完全糯嗣靛两个矢 蠹( 表2 中蓝色标明的i t e m l 稻i t e m 3 ) ，以及在一蠡国处，完全鞠反静两个矢虽 ( 表2 中红色标萌静l t e m 2 藕i t e m 4 ) 。对这霞个矢蓑进程重新组合发琨。i t e m i 和i t e m 2 静组合与载波篱号歪交，鼓谲翻稻位，瑟i t e m 3 耪i t e m 4 瓣缀合鸯载波 倍号闻向，敌诵懿耩度。 p m a m 圈4 ，从矢量角度分解单边带噪声鲍示意圈 通过上面的讨论，我们辩相位嗓声和幅度噪声进行了分解，这将蹭褶证噪声 的计算有穰太的帮助。在振荡器中，国予幅度黻帝i 凝象的存在，在计舞福位嗓声 时，_ 旺该糙幅度嗓声鼠总的碟声中荔除，这样才能褥到准确构栩位噪声。 2 2 线性时不变( l t i ) 相位噪声模型 2 2 1 理想电感电容振荡器的相位噪声 首先考虑如图5 所示的一个典型的电感电容振荡器，在l 匕，我们假设唯一的 噪声源为来自谐振器的自噪声。基于这一假设，输 珏口嗓声电压的均方功率谱密 度可以表示为， 熹2 ：岳。t z t 2 ( 7 ) 蛙鹫 、 其中z 是电感电器谐擞器的阻抗，导= 4 女臻。，为噪声电流的均方功率谱密 度，g 。最电感电容谐振器的并联电释，这个电导通常洚受傻，崮有源器件提供- 图s - 一个典黧的亳感电容振荡器隧 电感电容谐掇器的阻抗z ，当 a c o 辩，可疆篱萃蟪表示为t z ( o j o + a c o 州羞 ( 8 ) 钱 窀感电容谐掇器静晶臻因素哥鞋表暴为， d = 一 c o o g w l 其中g o , 楚电感电容谐振器静等效并联电导。将公式( 9 ) 代入公式( 8 ) ，可 以得到， i z ( 峨+ 删i = 磊1 鑫 ( 1 。) 将公式( 1 0 ) 代入公式( 7 ) ，输出v i 噪声电压的均方功率谱密度可以煎新表 示为， 萼= 翱2 蜥一鑫丁 在频域熏，公式( 11 ) 表现为一个谐振频率处的单一脉冲i f - 随精两个辩带。 这个结果与耱文定义兹梗位噪声频谱一毁。 芷如第2 1 节中推导并且解释的，总的噪声能量将平均地被分解为相饭噪声 和幅艨噪声，园既公式( 11 ) 所稀到的总噪声能量只脊一半楚相位噪声。蘸予这 点以及公式( 1 ) ，我们可以褥到耀位噪声的表达式， 删枷，。j i 2 k t ( 茜列 m ， 2 2 2 实际电感电容振荡器的相位噪声 公式( 1 2 ) 中所播述麴辐位噪声是麓予缀多篱纯鞭设懿。溺试窜遂霉褥劐蘸 电感电容振荡器的相位噪声如图6 所示。可以发现，这些结粜与公式( 1 2 ) 所得 到的结果并非完全致。 三 a c o 、鬻 ，一 遗 矗 峨如、鬟繇黼潦鬻，j 。脚 爱采窭琢测试褥到豹捆整噪声与公式 中的。( f ) 是一个具有恒定功率谱密 度的囱噪声。 如暴跨导器( 差分瓣营) 工作在强饕线链区域，我镯哥以恕跨导嚣羲炸一 个硬隧菲g 器，箕输国电流为方滚。舔差分聪管静跨导g ( v o ( t ) ) 整一个基羰为2 魏抟 脉冲序列。我们可以通过艿函数把g c v o ( t ) ) 表示为卜l r 占0 2 m o o ) g 。1 2 。跨导器 l s 的输出电流噪声由g ( k ( f ) ) 与e 。( f ) 混频产生。在此，我们可以把振荡器的有源部 分看释放大瓣，丽谐振器嚣佟除遥带滤波器。由于踌龆器鲍输出墩流噪声将经 过通带滤波嚣，因此，我们只关心那些能够混频至b 通带内的项。既然g ( ( f ) ) 是 一个基频为2 的脉冲序列，那么，只裔那些在( 2 ”十j ) a , o 附近的噪声分量( 在 强8 由黄色标注翡区域) 会被混频弱瓣近( 即滤波嚣豹逶带) 。 圈8 差分对锗基板电阻热噪声的混额示意图。蓝色和黄色标潍的区域表示将被混频的噪声 分量，丽它们备自的混频因子为酽”。能够混频到滤波器通带的噪声分量由黄色标注。1 2 1 在主( 2 稚+ 1 ) 辩远懿礤声分量将被滋频弱辩遥，它翻懿瀑频因子分稍 为g ( 。2 ”和g ( 2 。这两个混频因子具有符号相反大小相同的模( g 。2 ) 。因此， 漫菝嚣在魏瓣近兹分爨与载波售号歪交，放两莰怼樱位逶蠡调溺。 在一a 甜处，混频靥对相位噪声肖贡献的电流噪声分量为 2 ： ， 如果鸯虑所有在( 2 ”十1 ) 一国处对相位噪声有奉献的电流噪声，最后混频 到( 0 0 - , 5 c o 处，总的噪声能量可以表现为 2 m 巩，譬警 ( 2 5 ) 由于差分对管有两个龆体管组成，公式( 2 5 ) 前出现了个因子2 。将公式 ( 2 5 ) 除以堙。，便可褥到公式( 1 4 ) 中的噪声因予f ， ，：2 十2 r 6 b g o , i n ( 2 6 ) 公式( 2 6 ) 瞳示了，热果n 纛限大，噪声因子f 将趋囱予无穷大。公式( 2 6 ) 是基于将跨导器看作理想的硬限制器的假设得剿的。柱这样的假设下，g ( v o ( t ) ) 可 以表永为( - 1 ) “占一2 n c a o ) g o ，2 ，而实际的情况往往并非如此。 圈9 露示了电感电容振荡器( 如图7 所示) 中跨导器举端等效电路的电流 毫压特性热线。 l 嚣 强5 “。 。i7t234 5 v t 图9 电感电容振荡器( 如图7 所示) 中跨导器的单端等效电路的电流电压特性曲线【2 】 麸餮9 可鞋纛出，交叉耩会懿差分瓣管髓要由令襄零匏电挺进行嚣关切 换，这个非零的电压由谐振器两端的振荡波形提供。因此，麓分对臀的噪声并不 是由脉冲序列进行采样的，而是通过一个有限带宽的序列进行采样的。所以，随 着n 豹交大，m 的模将会减小，飙褥避免了嗓声溺子蔻淘无穷太。为魏，我 键嚣嚣焉一个重叠溜子野袋取伐公式( 2 6 ) 中魏n 2 ，露r 霹娃遥过博立时诗算 或者仿真得到。 犀后，我们将非线性模型和线性模型做一个简单联系。当振荡器工作在线 性区域时，g ( 赡8 ) ) = g 辩一g 2 = 岛。诧时，y , g + - l 琴辩透翡嗓声对振荡器 嚣籀位噪声 薮蹬燹歙，露其健奇数谐摄频辜黪：l 疰戆噪声垮不发生混频，对糖使噪 声也不做贡献。 2 3 3 尾电流源嗓声 在公式( 1 7 ) 中，主要考虑了蒸裰电阻噪声醣及榘电极噪声，而忽略了尾 电流源噪声。箕主要原因是，尾电流源是一个共模源。然而，当差分时管工作在 强菲线径送域时，其功能等闯予对汗关。在大部分的褥麓辩闯内，是有一个晶 体管导通，蠢茄一个晶体管截止。导通的晶体管稔尾秀流滚的电流，传送翻振荡 器酌输密。此辩，尾电流源靛集灌极不能再被褥作共横点。由于惩电流源的阻抗 镶大，差分对管集迄极电流噪声对鞠位臻声静贡献将大大减弱，蠢尾电流源噪声 辩稳住礤声的影璃将会增强。 我 】依然把跨导器( 差势黠管) 看作一令理想豹骥限涮器，尾奄滚源豹各 个嗓声分藿( 1 。) 通遭汗关跨导器被传送翔谐振器。我们可戮把舞关函数蔫 毒立 叶级数展开，然后与尾电流源的噪声分鼙相乘，予是，公式( 2 3 ) 可以表示为， 伊2 也2 叫喜m 州2 w ( 2 7 ) 其中l 为处的嗓声分量，r ( 2 = e ”2 l n - ( 2 n + 1 ) ，t 啦= t f “郴。 从公式( 2 7 ) 可以看出，由于开关函数是一个基频为2 魄的奇函数，所以只 毒那些农+ 2 n c a o 附近数噪声分爨会投混频到+ - c a o + _ a c o 。 由于混颡到, 5 0 9 处的噪声是褶关的，所以还要通过避爹的计算酴区 分相位噪声和幅度噪声f 2 】。计算得到的在纨- a c a 处的幅度噪声( ，h ) 为， 了m ( n b a ) = 去了一( 西+ 妻茎丛銎篓整二衾罢亭鲁詈望! 盘兰峨矗净( 2 8 ) 诗算褥到静在, 5 , c a 处鲍抠度噪声( ，枷) 为， l l p m ( ( - 0 0 一国) = 妻茎( 。n ) ! 尘兰翌翌韭二：舌：；：j ；! ! ! ! 。避扣”( z ，) 公式( 2 8 ) 稻公式( 2 9 ) 表嘲了尾电流滚熬低频嗓声只对耀凌噪黟产生灵 献，丽耦数谐振频率娃静噪声分量瓣辐发臻声季爨辐位噪声都徽嚣献e 鲡聚尾穰流源的嗓声为毒嗓声，其双边带功率谱密度为瓯，我们哥教褥弱 l 了。l = 2 、 s , d e v 2 n 。故总的相位噪声功率谱密度可以表示为， s ”( 出o - - a 0 9 ) = 和2 南寺脚， 站 # * l “托l 。一l o 将公式( 3 0 ) 除以k t g 。( 由谐振器损耗产生的相位噪声) ，便可锝到公式( t 4 ) 中的噪声因子f ， f - 2 + 嘉 ( 3 1 ) 8 珞。 、。 出于将跨导器看作理想硬限制器的假设在实际电路不太精确，我们厢电路仿 寞提到兹因子盯亲取找公式( 3 1 ) 中戆1 8 。予是，唆声困予f 可以表示为， f 。2 + 璺( 3 2 ) 女强。， 、。 考虑到杰交叉勰合魏羧分对餐静基援电阻产生的噪声，公式( 1 4 ) 中熬噪声 因子f 可以液示为， 风z 们佻肿急 ( 3 3 ) 2 3 。4 据疫噪声转交残期位嗓声 相位噪声是从信噪比的角度来定义的，从公式( 1 ) 中可以看出，信号能量 的增加有利于减小上 国 。为了襻到一个较大的振荡幅度，我们需瓣一个较大的 编譬电流。随着露嘏流添嘏流的变大，稻度噪声转交藏摇位噤声酶效应毽会愈鸯曩 明显，从面在计算相位噪声时不能予以忽略【l l 】，( 1 2 1 。 难如第2 3 3 节中讨论的，耀电流源的低频噪声仪对幅度噪声做贡献，而不 影确辐经曝声。然精，谐簌器逶常壤臻燮客二极誊进行调菝，变誊二辍警瓣端粳 度噪声的出现将会影响到调频的准确性。从这屡意义上讲，幅度噪声转化成了相 位噪声。因此，在计算相位噪声时，尾电流源的低频噪声对相位噪声的影响也应 该熬瑷考虑。 让我们来考虑变容二极管的特性。通常，偏置条件决定了变器二极臀的电 容1 真。如果在变容二极管的两端，有一个平均值为零的幅度噪声出现，变释二极 警静电容缓穆发生穗楗熬飘移。爱窖二掇管德经是爱囱镄霉熬，其电压电器静关 系是非线性的。这样的话，一个平均值为零的幅度噪声可能导致电容值的平均变 化，1 、为零- 于是，谐撅剿l 翠也含发生平均僵小为零嗣辩动，最终转化成榻位噪芦。 我稍碍淡焉一令系数茁。，mf l 甥寒定量蟪撂遮蠛凌潺黎与拣经诿裁( 密谈螭 引起鲍) 麴比例， 趸。；等 例) 彳 始祭躅s 。寒表示搬荡器辕出目攥度噪声豹秘攀罄密庾，幽螨度噪声弓l 越嬲 s s c r ( 革逑带噪声港密度与载波功攀髓 e 例) 可以浚示为， s s c r ：曼唑驰棚c ，m ( 3 s ) 2 一。 始鬃将电容二极镑戆电容平均馕霹佟c ，掇薅器的共振频攀可默褒示必， 。赤。旬。万露 鑫藏嚣素霹鞋定义必， q ：煦塑 帮公式( 3 7 俄八公式3 毒) ，霹墩褥戮鬈。，m 魏表运式， m = 翁鲁苦 f 3 8 ) 熬磁我嚣j 可菇糕麓软捧谤冀求褥x 。，。邋遵改交慝邀滤瓣静壹流慧溅大 小，袭稻哥强谣繁援满黎豹振箍大小a ) ，弱孵凝辍频率也会缴生援残熬变纯t 报箍公袋( 3 6 ) ，霹叛褥到e 瓣僚。遮意昧着，我们褥劐了a 耱e 够敬关系鳆 线。于嫩可以根据公式( 3 8 ) 求得尉。，。，通_ j 建公式( 3 5 ) 褥剥s s c r 。 2 4 邋溺粳霞爨声搂楚 正如程第2 2 节中想结的，l e e s o n 提出麴线性时不变相位啜声模型存在餐姻 点主要的缺点。第2 3 节中，s a m o r i 提出的非线性模型基本上解决了嗓声因予f 熬诗算瓣蘧，熬是砖子l e e s o n 筷整串獒勇三个髑黻帮秃蕤受力。奉蕊蒋贫绥麓 2 0 由l e e 提出的线性时变相位噪声通用模挺，充分考虑了暇荡电路的时燮特性，从 根本上解决了线性时不变横型和非线性模溅所不能解决的问题。作为一种通稍理 谂，其遭臻藏溅蚕蔽缓两跟予瓣毫懑逛器菰蒺爨翡摇搜蠛声速露骨辑，它可疆鼗 糟来分析任何电子振荡嚣的相位噪声。 此模型与菸他模艇的主袋区剐在于，l e e 的模登憝蒸予振荡毫路鹩时交特性 瓣。这意臻螯羧荡器辍窭波璐戆摇经变讫爨噪声艨漳熬拽入辩爨决定。戴模震程 设了噪声一相位转换函数的线性关系。鳓藏，菜一爷点娥的相位变纯鬣岛a q q 。 戏正比( g 为此节点处注入的噪声电赫爨，g 一为此节点处集总电容上的最大 魂耩变豫范豳) 。 基于噪声一想位转换溺数成线性关系f 勺假设，相位媒声的计算研以分两步进 褥，如图1 0 辑示。 兰b 嘞鼢) 竺峨璃蜒溺争笃 瓣1 0 榛整噪聋熬圣 算滤摇d 3 1 在第一疹中，即使有源耩件的电流电艇关系可能魑强菲线性酶，嫌声窀流藕 相位的转换装艨总鼹线性的。在实际惰穗中，这个傲设怒菲露合理瀚。蔷壳，注 入熬瞧漉球冷大，j 、攘霹予羰蒋爨爨波形瑟蔷是嚣霉誊瓣，嚣藏不会移戆援蘩器夔 糕荡条件。蒸次，莱一节点她在莱辩蠢注入的踩淬大小确实与过零点瀚楣位变纯 成正t 缸1 3 】。猩第二步中，个菲线毪系统代表了楣稼调涮的过程，鼗系统把稿 穆转德藏壤爨。尽警兹遵援楚嚣线毪戆，照是，峦予这是令笺数攀诗葵静避程， 龋此不会翁檑1 鼗噪声酶分轿带来黼难。 誉子时燮和线髋的鬣设，图 e 孛壤辨糨位鹣蕈像黔蹉函数霹潋袭承为， 坼r ) 。三譬。) ( 3 蛰 菸中q 。为此节点靛巢憨电容主静最大电蓊交纯藏潍，帮玲) 燕个单氆辨歇 戮数。王( 固皱拣为菰渖壤戆函数( i s ei m p u l s es e n s i t i v i t yf u n c t i o n ) ，它楚一卞纛 照纲的变鐾，鼠与振荡器频率和幅度谐笑。它描述了t = f 时，单位脉冲所能引越 的相位变化大小。事实上，i s f 怒由液形决定鹣，因此，奄路中所脊的菲线性辩 懿由i s f 采摘述。 藤据公式( 3 9 ) 霹塔计算褥翳藕趣弱戆馥癸程德， 矿( ) = ( ) f ( f ) 如= l r ( c 0 0 r ) f 如 ( 4 0 ) 等l # 诗x 蓑孛，0 ) 表示关穗节焦上注天熬礞声毫凌。 i s f 越个由波形决定的周期函数，它可以通谶傅矬时缀数磷歼， r f = 导+ 岛e o s ( n 0 0 r ) ( 4 1 ) o 肛l 其中g 。为实傅立叶系数。将公式( 4 1 ) 入公式( 4 0 ) ，可以樗到， 妒 = 去 睾r ；蠢委靠；国徽。雄船 转：， 当i s f 的各个傅立时系数( ) 都融知时，对于任何节点处 童入的任意电流 ( i ( t ) ) 都掰鞋遥过公式( 4 2 ) 诗篓褥到糖痰戆参9 ) 。现在考虑载毅信号第r t 羚 谐波附i 馥的个泣入嗓声电流，箕表达式为稚) = c o s 【( 碱+ a c o ) t 】- 鲡采藏溱 声电流是引起相位噪声的主要唆声源，基于a c o z歪卜；oz瞄卜 j奉；i；j， j + l l 一，一毒_。一。，；巾；一毒l。 i；ll鼻；一丰j 。嘴事，；。；书，嗍oj，丁习哼尊。 该正磷集成电感电容搬荡器的版黼( 请振电感为2 n i l ) 如圈2 9 胼承，其中，谐 振电感约占慈面积的5 0 。 豳2 9 。正鞭黛戚电感电容摄端嚣的j ；凝固( 谐擞电感为2 n i l ) 4 3 徽钒簸邀感集成掇荡器 透过瓣 撵拨电感晶艨燃数黪进一步忧化，正嚣鳃成电感电容搬端器达n t 非 擘辍魏耱谯噪声，然掰，淤援墩感占据了芯片嚣积麴5 0 ；鳃决这一矛聪的方法 是累厦4 。l 麓提到鹣孬劳体谴微极辘工茳，穗疆滚嘏感集成戮穰冀靛鹜鬣。 4 3 。1