光电振荡器的建模与链路设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

随着现代电子技术的发展，振荡器广泛应用于无线通信、航电控制、微波雷达等

系统中。传统的电子振荡器随着工作频率的提高相位噪声不断恶化，而光电振荡器

（OEO）具有实现高频超低相位噪声的潜力，对产生高频谱纯度的微波信号有很大的

前景。近年来，OEO的研究取得了巨大的进展，但仍然存在着仿真方法复杂、稳定性

差、集成度低等一系列问题。为此，本文针对现阶段的OEO存在的性能缺陷与设计难

点，提出了新的OEO链路架构和设计方法，具体的研究工作如下：

（1）本文论证了基于Veriloga的光学器件建模的可行性和优点，在Cadence平台

上实现了激光器、光波导、调制器、移相器、光电探测器等基本光学器件的Veriloga

建模，并对分立器件和闭环系统进行了仿真验证。

（2）针对光电振荡器的频率稳定性问题，提出了一种基于频率补偿的OEO稳定链

路，可实现整个工作频段内的频率锁定。所提出的OEO稳定链路同时采用了三种互补

的频率调谐机制，拓展了OEO的锁定范围，从而有效地解决了OEO跳模引起的失锁

-8

问题。测得在3~6GHz的频率范围内Allan方差从自由振荡下的1.7×10提高到了锁定

-11

时的1.6×10，在500m光纤下测得的相位噪声为-110dBc/Hz@10kHz。

（3）基于Cadence平台对OEO的反馈链路进行芯片化设计与仿真，包括基于反相

器结构的并联反馈式跨阻放大器、基于R-L-C正交网络的矢量调制式移相器以及基于

晶体管垛叠结构的电容并联分压式驱动放大器，实现了OEO反馈链路需要的放大、移

相、输出摆幅拓展等功能。仿真得到在4~12GHz的频率范围内跨阻增益超过75dBΩ，

最大移相度数达360度，最大输出摆幅为4V。

关键词：光电振荡器；锁相环；Veriloga模型；稳定链路；频率补偿

I

华中科技大学硕士学位论文

Abstract

Oscillatorsarewidelyusedinwirelesscommunication,avionicscontrol,microwave

radarandothersystems.Traditionalelectronicoscillatorpresentsdeterioratingphasenoise

whenthefrequencyishigher,whileoptoelectronicoscillatorhasbeenprovedthepotentialof

achievinghighfrequencyandultra-lowphasenoise,whichispromisingforgeneratingpure

microwavesignals.TheresearchofOEOhasmadegreatprogressinrecentyears,butthere

arestillaseriesofproblemssuchascomplexsimulationmethods,poorstabilityandlow

integration.Therefore,aimingatthecurrentperformancedefectsanddesigndifficultiesof

OEO,anovelOEOstablelinkarchitectureanddesignmethodareproposedinthisthesis.

Thespecificresearchworkisasfollows: