通信电子线路电子教案版本05振荡器

1、通信电子线路(第三版)顾宝良 编著24 八月 202251 引言52 反馈振荡器的工作原理53 LC正弦波振荡器54 振荡器的频率稳定度55 晶体振荡器56 压控振荡器(VCO)57 集成振荡器24 八月 2022 51 引言 正弦波振荡器广泛用于通信和各种电子设备中，对振荡器提出的主要要求是振荡频率和振荡频率的准确性和稳定性。 本章讨论的振荡器是不需输入信号控制就能自动地将直流能量转换为特定频率和振幅的交变能量的电路。 正弦波振荡器通常是正反馈原理构成的反馈振荡器，是目前常用的一类振荡器。 另有一类振荡器称为负阻振荡器，它是将负阻器件直接接到谐振回路中，利用负阻器件的负电阻效应抵消回路中的损

2、耗，从而产生出等幅的自由振荡。这类振荡器主要工作在微波频段。24 八月 202251 引言 根据所产生的波形又可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据输出选频网络的不同，又可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等等。 本章重点介绍正弦波振荡器，其中包括LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器和压控振荡器等。同时还将介绍集成振荡器、集成压控振荡器以及正交信号的产生。24 八月 2022 52 反馈振荡器的工作原理 反馈振荡器实际上是由放大器和反馈网络构成的一个闭合环路。图521 反馈振荡器的组成方框及相应电路24 八月 2022 对于图521(a)所示的闭合环路，将它在处拆开，定义它的环路增益为：

3、。 是保证振荡器输出等幅持续振荡的平衡条件，这就是 巴克好森(Barkausen)准则当或 52 反馈振荡器的工作原理 521 平衡和起振条件24 八月 2022若令： 振幅平衡条件相位平衡条件 52 反馈振荡器的工作原理 521 平衡和起振条件24 八月 2022或 振幅起振条件相位起振条件 52 反馈振荡器的工作原理 521 平衡和起振条件24 八月 2022作为反馈振荡器，必须满足起振条件和平衡条件。 图522 满足起振和平衡条件时的环路增益特性 在振荡环路中通常都包含有非线性环节。在大多数振荡电路中，这个非线性环节是由放大器的非线性特性实现的。 52 反馈振荡器的工作原理 521 平衡

4、和起振条件24 八月 2022 要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足振荡的起振条件和平衡条件。因此，在由放大器和反馈网络组成的闭合环路中，必须包含可变增益放大器和相移网络。 可变增益放大器应提供足够的增益，且其值具有随输入电压增大而减小的变化特性，以保证环路进入平衡状态，使振荡器产生稳定的振荡幅度； 相移网络应在振荡频率上为环路提供合适的相移，使环路相移为零(或)2n。 任何反馈振荡器都是含有电抗元件的非线性闭环系统。 52 反馈振荡器的工作原理522振荡电路的基本分析方法24 八月 2022 1、电路组成法则图531 三点式振荡器的原理电路电容三点式电路，又称为考毕兹(Colpitts)电路

5、 电感三点式电路，又称为哈脱莱(Hartley)电路 一般形式 53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路24 八月 2022图531示出了两种基本类型的三点式LC振荡器原理电路。 与反相。 为了满足相位平衡条件，53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路1、电路组成法则24 八月 20222、三点式振荡器实用路图533 电容三点式振荡器实用电路53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路24 八月 20222、三点式振荡器实用电路53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路交流通路24 八月 20222、三点式振荡器实用电路53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路交流通路

6、电路中,作为可变增益器件的三极管,必须由偏置电路设置合适的静态工作点,以保证它起振时(即小信号工作时)工作在放大区,提供足够的增益,满足振幅起振条件。 24 八月 2022 振荡器自起振到达平衡状态时，UBEO是变化的，并且自静态开始向截止方向移动。图535 自给偏置效应2、三点式振荡器实用电路UBEO随Ui增大而移动的效应称为自给偏置效应53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路24 八月 2022图536 自给偏置效应对环路增益的影响平衡时的振荡振幅有所减小,但对于稳定振荡振幅是有利的。 2、三点式振荡器实用电路考虑自给偏置效应未计自给偏置效应53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡

7、电路24 八月 2022图537 电感三点式振荡器实用电路2、三点式振荡器实用电路53 LC正弦波振荡器531三点式LC振荡电路24 八月 2022图538电容三点式电路的交流通路53 LC正弦波振荡器532电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析电阻Reo是L、C1、C2并联谐振回路的固有谐振电阻: Reo=LQ0 混合型简化24 八月 202253 LC正弦波振荡器532电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析图539推导电路T(j)的交流等效电路24 八月 2022令式中，振荡环路的环路增益53 LC正弦波振荡器

8、532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）24 八月 2022电容三点式电路的相位和振幅起振条件分别为或:振荡频率:53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析 回路的总电容回路的固有谐振角频率24 八月 2022 上式表明，电容三点式电路的振荡角频率不仅与0有关，还与负载电阻和管子参数有关，且osc0。在实际电路中，一般满足工程估算时，可近似认为相位起振条件：53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析简化为 24 八月 2022 可见电容三点式电路的振幅起

9、振条件为： 是电容分压比，由于，因而n实际上就是反馈网络的反馈系数kf。53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析24 八月 2022放大器的增益 由上式可知，为了满足振幅起振条件通常要求T(osc)为35倍，除了增大gm以及减小和以外，还应选取适中的n值。 放大器输出端的总负载电导值 53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）1、电容三点式振荡电路的起振条件分析24 八月 2022 上述电容三点式振荡电路优点：电路简单、能够振荡的频率范围宽、波形好等。 clapp就提出了改进的电容三点式振荡电路，

10、即克拉泼(clapp)振荡电路。53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）2、克拉泼(clapp)振荡电路 上述电容三点式振荡器还存在一些缺点,如，振荡频率将随振荡三极管的结电容的不稳定而受影响，频率稳定性将下降。24 八月 202253 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路（Coplitts电路）2、克拉泼(clapp)振荡电路克拉泼振荡电路的实用电路克拉泼振荡电路的交流通路与三点式的区别所在C3的取值应尽量小，而C1、C2的取值应尽量大。 24 八月 2022通常它们之间满足C3C1、C3C2， 振荡频率 53 LC正弦波振荡器532 电容三点式振荡电路

11、（Coplitts电路）2、克拉泼(clapp)振荡电路24 八月 2022图5312 电感三点式振荡器交流通路53 LC正弦波振荡器533电感三点式振荡电路(Hartley电路)24 八月 2022振荡频率为:式中L=L1+L2+2M，M为L1和L2之间的互感。式中分压比: 53 LC正弦波振荡器533电感三点式振荡电路(Hartley电路)图5312 电感三点式振荡器交流通路振幅起振条件为:N12为L2的匝数，N13为L1、L2的总匝数。 24 八月 2022 振荡器的输出信号不可能是绝对稳定的，即输出信号的幅度、频率和相位不可能是一个恒定不变的值。 角频率的抖动值54振荡器的频率稳定度

12、Um是振幅的统计平均值，U(t)是振幅的抖动值，0是角频率的统计平均值，(t)是相位的抖动值。相位的微分就是角频率，所以有24 八月 2022 频率准确度又称频率精度，是指振荡器实际工作频率fosc与标称频率fr之间的偏差。通常有相对频率准确度和绝对频率准确度之分。绝对频率准确度 相对频率准确度 振荡器的频率稳定度是指在一定的时间间隔内，相对频率准确度变化的最大值。54 振荡器的频率稳定度541频率准确度和频率稳定度的定义频率稳定度24 八月 2022 工程中常用均方差n来表征频率稳定度 n为测量次数，即规定时间划分为n个间隔，各间隔分别测得的实际频率为fosc1、fosc2foscn。 为第

13、i次(i=1n)测得的相对频率准确度 为n个测量数据的相对频率准确度的平均值54 振荡器的频率稳定度541频率准确度和频率稳定度的定义第i次测试的绝对频率准确度 绝对频率准确度的平均值 规定时间内的频率稳定度.又分为长期稳定度、短期稳定度和瞬时稳定度等三种. 24 八月 2022载频受相位噪声N(t)调制的双边带信号通常 54 振荡器的频率稳定度 542相位噪声对通信的影响不考虑振幅抖动，认为振幅是稳定的相位抖动,即相位噪声.可用N(t)表示 载频24 八月 2022 振荡器的实际输出频谱为载频迭加裙状噪声频谱. 为了计量相位噪声,通常考虑相对载频0偏移处的一个单位带宽(一般为1Hz带宽或1K

14、Hz带宽),计算这个带宽内的噪声功率。图541振荡器实际输出频谱 54 振荡器的频率稳定度 542相位噪声对通信的影响24 八月 2022图542 通用收发信机前端 54 振荡器的频率稳定度 542相位噪声对通信的影响 为接收和发射路径提供本振信号 LO输出频率包含的相位噪声将对接收的下变频和发射的上变频输出信号同时产生破坏.24 八月 2022图543 相位噪声对接收和发送的影响 54 振荡器的频率稳定度 542相位噪声对通信的影响接收机的下变频 互调干扰 发射系统上变频 24 八月 2022本振的相位噪声还会破坏数字通信在载频相位中携带的信息。 实际工程设计中，为了使本振相位噪声对通信的影

15、响减小到允许程度，通常在900MHz或1.9GHz频段，偏离中心频率f = 60KHz处，每单位带宽(1Hz)内的噪声功率必须在-120dBC/Hz左右，其中dBC表示相对载波的dB数。图544 相位噪声对QPSK信号星座的影响 54 振荡器的频率稳定度 542相位噪声对通信的影响 图中4个星座点附近都出现了由相位噪声产生的附加点。这将严重地影响正常接收,使误码率大大增加。24 八月 2022为了分析频率稳定度，要研究振荡频率变化的原因。 振荡频率由此确定 54 振荡器的频率稳定度 543LC振荡器频率稳定度的定性分析环路相位平衡条件振荡环路的相移图539推导电路T(j)的交流等效电路相位平衡

16、条件:24 八月 2022 一个LC并联谐振回路，其相频特性近似由下式表示 54 振荡器的频率稳定度 543LC振荡器频率稳定度的定性分析回路的谐振角频率 计及RL,Ri在内的回路有载品质因数 图545 wosc的图示24 八月 2022图546引起osc不稳的原因(a) 0; (b) Qe 54振荡器的频率稳定度 543LC振荡器频率稳定度的定性分析24 八月 20221、减小外界因素的变化 影响振荡频率的外界因素:温度、湿度、大气压力、电源电压、周围磁场、机械振动以及负载变化等，其中温度是最重要的。 它们的变化一般是无法控制的，但可以设法减小它们对振荡器振荡回路的影响。 54振荡器的频率稳

17、定度 544提高频率稳定度的基本措施24 八月 20221、减小外界因素的变化 54 振荡器的频率稳定度 544提高频率稳定度的基本措施减振装置机械振动减小振荡器或回路元件置于恒温槽内温度变化减小密封工艺湿度和大气压力的变化减小减小高稳定的稳压电源电源电压的变化屏蔽罩周围磁场加在振荡器上的变化减小在振荡器与不稳定负载之间插入跟随器负载对振荡器的影响减小24 八月 2022 振荡回路标准性振荡回路的元件值在外界因素变化时保持不变的能力，即谐振频率保持不变的能力。 54振荡器的频率稳定度 544提高频率稳定度的基本措施2、提高振荡回路标准性 上式展开,忽略高阶分量,得0近似表示式 为了提高回路标准

18、性，必须减小L和C的相对变化量。 24 八月 2022 单个单极晶体片可等效为一个高Q串联谐振回路。由于它的Q值可高达50000以上，且固有谐振频率fs的温度系数高达10-6数量级以上，所以，可将它设计成高性能的晶体滤波器和晶体振荡器。图551石英谐振器的等效电路 55 晶体振荡器 551石英晶体谐振器的电特性 LC振荡器的频稳度只能达到10-310-5数量级，如果要求频稳度超过10-5数量级，就必须采用晶体振荡器。 晶体振荡器是用石英晶体谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。 Lq、Cq、rq等效为晶体片的惯性、弹性和摩擦系数,Co包括石英谐振器的静态电容和支架、引线等分布电容。 24 八月 2

19、022 将石英谐振器作为振荡器的谐振回路元件,就会有很高的回路标准性,因而振荡器有很高的频率稳定度 若忽略rq，则晶体两端呈现的阻抗为纯电抗，其值近似为 55 晶体振荡器 551石英晶体谐振器的电特性24 八月 2022图552晶体的阻抗曲线 55 晶体振荡器 551石英晶体谐振器的电特性24 八月 2022在某些实际振荡电路中，晶体两端并接有负载电容CL 图553并联CL后晶体的等效电路相应的并联谐振频率由fp减小到fN 55 晶体振荡器 551石英晶体谐振器的电特性24 八月 2022 晶体谐振器的电特性可以等效为LC串、并联回路，但与一般的LC谐振回路比较有明显的几个特点：(1) 晶体谐

20、振器的谐振频率s和p非常稳定。 (2) 晶体振荡器具有极高的品质因素Qq，Qq值高达5万以上，因此具有极高的稳频能力。(3)晶体谐振器的接入系数(P=Cq/Co)非常小,一般在10-3数量级。(4) 由晶体振荡器的电抗特性可知，若晶体工作在频率为fs和fp之间，即fsfoscfp，则晶体呈感抗特性。这时晶体谐振器在振荡电路中，可作为一个高Q大电感元件参与振荡，实现稳频。55 晶体振荡器551石英晶体谐振器的电特性24 八月 2022 55 晶体振荡器 552晶体振荡器晶体在振荡电路中的不同作用并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器晶体工作在fsfp的感性频段，等效作为三点式电路中的回路电感，相应构成

21、的振荡电路。晶体工作在fs点上，等效为串联谐振回路的低阻抗（短路），构成的振荡电路。24 八月 2022 1、并联型晶体振荡电路图554 皮尔斯(Pierce)振荡电路 55 晶体振荡器 552晶体振荡器 它与Clapp振荡电路十分类似，利用晶体具有极高的Q和极小的Cq，便可获得很高的频稳度。 24 八月 2022图555采用微调电容的晶体振荡电路 振荡器的振荡频率往往与晶体标称频率有偏差。在实际电路中，除采用微调电容外，还可采用电感或同时采用微调电感和微调电容等方法来微调频率。 55 晶体振荡器 552晶体振荡器24 八月 2022在频率稳定度要求很高的场合可采用变容管组成的温度补偿电路。

22、图556温度补偿晶体振荡器实用电路 55 晶体振荡器 552晶体振荡器温度控制电路1、并联型晶体振荡电路24 八月 20222、串联型晶体振荡电路图558 串联型晶体振荡器 55 晶体振荡器 552晶体振荡器振荡器的工作频率fosc必须等于晶体的串联谐振频率fs 24 八月 2022通常将晶体串接在要求低阻抗的反馈支路中，满足正反馈条件使电路振荡，这类晶体振荡电路都称串联型晶体振荡器。 图559 正反馈式晶体振荡器 55 晶体振荡器 552晶体振荡器24 八月 2022 大多数振荡器的输出频率是要求能调变的，图中的LO振荡器，要求有一个输出频率范围。 调变的方法一般是将压控可变电抗元件接在振荡

23、器的振荡回路中参与振荡频率的改变，这种振荡器称为压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)。其中常用的压控电抗元件是变容二极管。 56 压控振荡器(VCO)图542通用收发信机前端 24 八月 20221、变容二极管的压控特性 变容二极管是，利用PN结的结电容随反向电压而变化，这一特性设计制作成的一种压控电抗元件。 图561 变容二极管符号和特性曲线56 压控振荡器(VCO) 561变容二极管VCO24 八月 2022变容二极管的结电容与控制电压的关系为 n为变容指数，其值随半导体掺杂浓度和PN结的结构工艺不同而不同； Co为外加反向电压uC=0时的结电容

24、值 。 uD 为PN结的内建电位差，对硅材料变容二极管，uD=0.7V左右； uC为变容二极管所加反向偏压的绝对值。56 压控振荡器(VCO) 561变容二极管VCO1、变容二极管的压控特性24 八月 2022 将变容二极管接入LC振荡器的振荡回路中,让变容管的可调电容参与振荡频率,就构成了变容二极管VCO 。图562 变容二极管VCO56 压控振荡器(VCO) 561变容二极管VCO2、变容二极管 变容二极管必须处于反偏工作状态.24 八月 2022 图563 JFETVCO此回路振荡频率：56 压控振荡器(VCO) 561变容二极管VCO2、变容二极管24 八月 2022 为了提高VCO的

25、输出频率稳定度，可采用由变容二极管作为压控元件的晶体压控振荡器VCXO。 图中晶体等效为一个高Q值电感元件，控制电压调节变容二极管的电容值，使其与晶体串联后的等效总电感值产生变化，从而调变VCXO的振荡频率。图564 VCXO振荡交流通路 图565 VCXO实用电路 56 压控振荡器(VCO) 562晶体压控振荡器VCXO24 八月 2022 VCXO的缺点是频率调变范围很窄，这是由于晶体电抗特性中的等效感性区很窄的原因。 晶体的等效感性区频率范围(fp-fs)为fs的Cq/2C倍。因为CqCo，所以(fp-fs)就很窄。 56 压控振荡器(VCO) 562晶体压控振荡器VCXO24 八月 2

26、022 例如：5MHzIA0晶体，Cq=0.013pF，Co=5pF， 20MHz的B04晶体，Cq=0.0001pF，Co=5pF， 5MHz的IA0晶体感性区要比20MHz的B04晶体感性区宽得多。因此，在设计VCXO时，可以选用感性区相对较宽的晶体，或在晶体制作工艺中设法加宽晶体的感性区范围。 56 压控振荡器(VCO) 562晶体压控振荡器VCXO24 八月 2022 为增大VCXO输出频率的调控范围，可在晶体支路中串联或并联一个适当数值的电感L。 图566 VCXO实用电路 适当选取L数值就可以抵消晶体极片电容Co的容抗，使晶体的fp增大，从而可使VCXO的频率调控范围增大。 56

27、压控振荡器(VCO) 562晶体压控振荡器VCXO24 八月 2022 VCO是频率合成器中的重要部件之一,它的主要性能指标有:压控灵敏度Ko、相位噪声、频率调控范围等。 压控灵敏度定义为单位控制电压引起VCO振荡频率的调控增量，用Ko表示，单位Hz/V。56 压控振荡器(VCO) 563 VCO的主要技术指标 24 八月 2022图567 变容二极管VCO压控特性曲线 56 压控振荡器(VCO) 563 VCO的主要技术指标 图中显示这一压控特性为一条非线性曲线，在VCO中心频率fo处的一定范围内线性较好，而在频率的高端和低端线性很差。 在设计VCO时,必须优选变容二极管,同时还要采用合理的

28、振荡电路结构。通常采用Clapp振荡器的电路结构。 24 八月 2022 相位噪声低，是VCO的很重要的质量指标，因为它将直接影响通信机本振输出的相位噪声。 对fC=100MHz的VCXO，在f =10KHz处，相对噪声功率可达到-130dBC/Hz。56 压控振荡器(VCO) 563 VCO的主要技术指标 设计VCO时，必须选用低噪声放大器和高Q的LC回路。由于VCXO中的晶体等效为高Q电感。因此VCXO必然是低噪声VCO。 24 八月 2022 谐振振荡器三点式振荡器(Coplitts电路和Hartley电路)，它们都有一个高Q的LC回路，可以产生频谱纯度高、相位噪声性能好的正弦波。 多谐

29、振荡器通过对储能元件充放电工作产生输出波形的，几乎不需要外接元件，在高频全集成PLL中得到广泛应用。由于缺少高Q滤波回路，输出波形频谱纯度差。 57 集成振荡器集成振荡器按输出波形分集成正弦振荡器(集成谐振振荡器)集成非正弦振荡器(集成多谐振荡器)(又称张弛振荡器)24 八月 2022 1、积分施密特型集成压控多谐振荡器 图中电路由积分器和施密特触发器两部分组成。图571 积分施密特压控多谐振荡器原理57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器 施密特触发器受输入触发电平UH、UL的控制,输出占空比为50%的方波uo, uo又将控制开关管T的导通与截止。施密特触发器的传输跳变翻转特性24 八月

30、 2022 积分电容Ct以恒流Io充放电,uA为对称的三角波电压,uo为占空比50%的方波电压。 三角波和方波的重复频率取决于uA上升和下降的速度。 控制电压uC可调节恒流Io,构成了压控多谐振荡器。 根据电容Ct上电流与电压关系,并考虑到以恒流Io充放电,有:振荡频率:57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器24 八月 2022若可控恒流源Io与控制电压uC的关系为Io=gmuC，得 压控多谐振荡器的压控灵敏度Ko为:gm为可控恒流源的跨导 集成压控多谐振荡器设计好后，gm和(UH-UL)为定值。Ct确定后，Ko也就是为定值。 f =KouC是一线性压控特性。可见，积分施密特型集成压控多

31、谐振荡器具有良好的线性压控特性。57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器24 八月 202257 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器100pF100FRt1K 1M输出振荡频率：4K 200K (Rt7、Rt8 )设定的键控频率: Ct振荡频率有良好的稳定性以及良好的正弦波若要实现FSK调制功能24 八月 202257 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器 频率稳定度高,频率调节范围宽。在0.01Hz1MHz间同时输出三角波和方波,占空比可以在0.1%99.9%之间调节。 当外加控制电压时,线性扫频范围大约为1000:1。 应用于锁相环,具有FM、FSK等调制功能。24 八月 202

32、22、射极耦合型集成压控多谐振荡器 积分施密特型集成压控多谐振荡器的工作频率通常低于1MHz,为得到更高的工作频率采用射极耦合压控多谐振荡器。 图573 射极耦合压控多谐振荡器原理图 57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器振荡频率:具有良好的线性压控特性 24 八月 2022设充放恒流Io与控制电压uC的关系为Io=gmuCKo为压控灵敏度： 57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器振荡频率:Io充电电流Ct外接定时电容容量UD(on)二极管D1、D2的导通压降。24 八月 2022图574 MC1658的内电路图工作最高频率为155MHz。uC=-2-0.2V时,fo=35MHz1

33、50MHz。57 集成振荡器 571 集成压控多谐振荡器24 八月 2022 集成电路LC振荡器由正反馈放大器和LC谐振回路两部分组成，常用的电路结构为差分对管LC振荡电路。图575 差分对管LC振荡电路 57 集成振荡器 572 集成电路LC振荡器振荡输出频率和幅度将很稳定 24 八月 2022图576 MC1648内电路和外型 57 集成振荡器 572 集成电路LC振荡器24 八月 2022图576 MC1648内电路和外型 57 集成振荡器 572 集成电路LC振荡器24 八月 2022图577 MOS集成振荡电路 57 集成振荡器 573 MOS LC集成振荡器 MOS场效应管是一种载

34、流子工作的单极型晶体管，它的主要噪声来源是沟道噪声。在1GHz以上的高频段是一种令人满意的低噪声器件,高频集成振荡器都采用MOSFET作振荡管，并采用MOS工艺集成。 24 八月 2022图578 MOS集成VCO图579 单电感MOS集成振荡器 57 集成振荡器 573 MOS LC集成振荡器24 八月 2022 集成MOS LC振荡器具有良好的相位噪声性能和较低的功耗，但存在一些难以克服的缺点。 首先，LC振荡器的频率调变受变容管限制，频率变化范围较窄，一般为中心频率的10%20%。 其次，LC振荡器的低噪声性能往往是靠高Q的LC回路获得的，CMOS工艺在片上集成电感，要想取得较高Q值的电

35、感比较困难，必须增加额外的工艺步骤。 再有，片上集成电感会占用大量的芯片面积，这是集成电路在费用成本上所不希望的。因此，近年来出现了又一种不需LC这类无源谐振器的环形振荡器，即集成环形VCO。 57 集成振荡器 574 集成环形VCO24 八月 2022 环形VCO由多个放大器首尾连接组成一个环形:图5710 集成环形VCO 这种环形VCO在MOS集成工艺中易于片上集成，无需额外增加工艺步骤，占用芯片面积小，集成度高，成本低等优点。 环形VCO中的每个增益级，即放大器可以有多种单元电路实现。 57 集成振荡器 574 集成环形VCO24 八月 2022图5711环形VCO中的两种增益级 57 集成振荡器 574 集成环形VCO 传统CMOS反相器,由它构成环形VCO时级数必须是奇数,振荡输出波形一般为方波. 24 八月 2022 MOS差分放大器输出差值电流可