VCO的相位噪聲(1)


1.相位噪聲的基本概念

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目標輸出波形為a,卻輸出了b,wc邊帶的都是噪聲。

由於本章是相位噪聲,所以主要考慮的是,噪聲對於輸出波形相位的影響,進而影響輸出的頻譜函數。可以假設,輸出波形的時域表達式為

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可以假設相位噪聲譜為Sn(w),可以由此來計算出相位噪聲對於輸出的影響。

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對於相噪的度量,我們定義相噪的大小為:在偏離理想信號頻率Δf的1Hz帶寬內的功率與負載功率的比值。

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2.相噪的實際影響

如圖所示,當VCO作為接受端的本地信號發生器的時候,帶有相位噪聲的本地信號對於有用信號和干擾信號卷積之后,使得有用信號和干擾信號發生重疊,如果重疊過大的話會覆蓋有用信號。

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而對於這樣的干擾信號一般是難以消除的,所以在這種情況下,系統對於特定頻率偏移下的VCO的相位噪聲是有一個容限的。

3.1噪聲分析:方法一(Leeson)

以上只是定性分析噪聲,而實際中往往需要先手工粗略計算噪聲,為設計電路提供直觀的感覺。

直觀上LC網絡越大的Q,能提供更尖銳的諧振譜,具有跟更高的選擇性,所以能減少邊帶噪聲。所以我們現在來定義一下振盪器的Q值,

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值得一提的是,以上的定義與原本對於LC網絡的Q的定義一致。需要注意的是ϕ(w)開環的相位傳輸函數。

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所以即使是熱噪聲,經過整個環路之后會變得很尖銳。

其中的計算過程就不詳述了,主要思想是泰勒展開,以及假設噪聲只影響傳輸函數的相位。最后得出

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以上已經提出了相位噪聲對於輸出的影響,下面將要提出相位噪聲的來源,也就是把其他的噪聲轉化為相位噪聲。

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假設存在噪聲n(t)

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最后想要推出的結果如圖

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Cyclostaiotnary Noise

對於這樣一個非線性時變系統,若要細致考慮的話,還需要考慮Cyclostaiotnary Noise。

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由於x,y節點電壓的周期性變化,導致M1,M2噪聲的變化,因此假設實際的噪聲為3/8*晶體管的噪聲。

考慮時間變化的阻抗

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從長時間來看,系統肯定會穩定在一個頻率值,所以Gavg一定會等於1/Rp。

線性模型

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計算出

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再經過以上分析的糾正,得到結果如下

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對於設計振盪器還有一個問題是,當其中一個晶體管進入深度線性區后,由於尾電流源的電容,使得系統的Q值嚴重惡化。

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