第17章振荡器要点解析.ppt

* * 晶体振荡器 可以看出晶体在两个谐振频率中间表现为电感， 用这个电感和一个具有容性的放大器（正反馈） 组成振荡器。 * * 五、压控振荡器 许多应用要求振荡器是可调谐的，即它们的振荡频率是一个控制 输入信号的函数。 对于LC振荡器来说，谐振频率 频率调谐方法，改变L或者C。集成电路中一般改变C的值。 使用容抗管：反向pn结、反型区MOS管和积累区MOS管。 * * 压控振荡器 Pn结电容： 特点：调谐范围较小，但具有较高的品质因子，线性度较高。 * * 压控振荡器 反型区MOS：品质因子较小， 电容可变范围较小。 耗尽-积累区MOS容抗管： 电容可变范围较大 相对与反向pn结，品质因子较小， 线性度也较差。 * * * * MOS容抗管作调谐元件的LC电压控制振荡器 * * 六、环路振荡器 环形振荡器可以采用纯数字CMOS工艺实现，不需要电感，广泛使用在单片集成电路中。 振荡条件：奇数个反向器构成。 以三级环型振荡器为例： 每一级的传输函数为 ，其中 ，3dB带宽 则振荡器的环路增益为 * * 环路振荡器 为了产生振荡，每一级反相器引入的交流必须为60°， 在振荡频率处，环路增益幅度必须大于1， 解的 * * 三级环型振荡器 要求振荡频率100MHz 设计步骤： 1.根据振荡频率确定每一级的3dB带宽为60MHz，由 ，初步确定R、C的值。 2.由 ，设定晶体管跨导值。 3.根据偏置电流与跨导计算出晶体管的W,L。 * * 三级环型振荡器 * * 振荡器Oscillators 张艺蒙 西安电子科技大学微电子学院 zhangyimeng@xidian.edu.cn * * （1）定义：振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直 流能量变换为周期性交变能量的装置。 （2）分类： 按振荡波形分类：振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振 荡器。输出波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器， 波形为方波、矩形波或其它波形的称为非正弦波振荡器。 按工作机理分类：根据产生振荡的机理，正弦振荡器还 可分为反馈振荡器和负阻振荡器。 按选频网络分类：分为RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡 器以及压控振荡器（VCO）、压控晶体振荡器（VCXO） 等。随着集成技术的发展，相继又出现了集成振荡器、开 关电容振荡器等。 一、振荡器概述 * * （3）应用： 无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号。 超外差接收机用它产生本地振荡信号。 各种电子测量设备和计时仪表用它产生频率（或时间） 基准信号 工业生产部门广泛应用的高频电加热设备等。 （4）基本构成： 一个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络。 一个在规定频段内具有能量变换（或放大）作用的换能 机构。（有源器件--放大器） 一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定 的反馈电路。 一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。 事实上，在晶体管正弦振荡器中，晶体管既起着能量变换 的作用，又起着调整和控制振荡强度的非线性作用。 振荡器概述 * * 振荡条件 相位判据 ：∠T(ω) = 360° * * 振荡器的稳定条件 实用振荡器：振荡频率（振荡周期）和振荡幅度必须稳定，振荡器在稳定工作时（达到平衡状态），需要满足振幅稳定性条件和相位稳定性条件 在振荡器的起振阶段，环路增益|T(ω)|要大于1（振荡器的起振条），保证振荡器能将微小的噪声放大为稳定的周期性输出信号 ?? 考虑到温度和工艺的变化，在振荡频率处的环路增益设计为必须值的2～3倍 ?? 当环路中的信号振幅增加到一定程度后，振荡器中有源器件存在的非线性会限制振幅的继续增加，使得振荡器的输出达到稳定，这是一个非线性过程 要使满足Barkhausen判据的反馈系统成为一个实用的振荡器，反馈系统必须包含有某种频率选择功能，使得该振荡器仅在我们所需要的频率处振荡 ??LC谐振电路：反馈网络采用LC谐振电路 ?? 环型振荡器：使得反馈系统的环路传输函数仅在一个频率点上满足Barkhausen判据 * * 振幅稳定性条件 振幅稳定性条件的关键是在平衡点附件，环路增益幅度随振幅的变化特性具有负的斜率 有源器件的非线