80MHz低相位噪声晶体振荡器的设计与实现

摘要

本文从实际需要出发，以如何设计低相位噪声晶体振荡器为研究课题，分析了晶体振荡器相位噪声产生的机理，并探寻了一种新的仿真方法，通过该仿真方法指导的晶体振荡器的设计，达到了很好的相位噪声指标。
　　本文的工作有：
　　1）深入分析了反馈式振荡器的工作原理，分别得出了振荡器振荡的相位稳定和幅值稳定条件，然后以复数振荡方程为计算工具，着重分析了巴特勒振荡电路的工作原理。之后确定了本课题的谐振器选用SC切型，选取巴特勒共基串联振荡电路作为主振电路。随后基于经典Leeson模型，重点分析了巴特勒振荡器的相位噪声，并利用无源网络推导出了QL的表达式，通过MATLAB计算得出QL和C2的关系曲线，得出在两者之间合理折中可以降低相位噪声的结论，为接下来的课题设计奠定理论基础。
　　2）介绍了ADS仿真软件以及谐波平衡仿真基础，首先给出了使用ADS理想模型进行仿真的振荡器相位噪声曲线，通过跟理论相位噪声谱结构的比较分析，得出仿真出现错误的原因是由于没有考虑非线性器件噪声的影响，于是探寻了一种新的仿真方法，即建立晶体管的非线性模型，再次进行仿真后，得到了考虑非线性器件影响之后的相位噪声仿真曲线，并且通过与理论相位噪声谱结构的比较证实了该仿真方法的正确性，对接下来振荡器的设计提供了指导。
　　3）对晶体振荡电路的噪声来源进行挖掘，在分析的基础上给出了低噪声晶振的设计原则，设计了频率为80MHz的低相位噪声晶体振荡器。课题研究的最后，制作出80MHz低相位噪声晶体振荡器的样机，然后使用Agilent E5052B信号源分析仪实际测试了该晶体振荡器的相位噪声，测得相位噪声水平为：-140dBc/Hz@100Hz，符合设计要求，并通过与国际上相近频率范围内振荡器相位噪声指标的比较，论证了该方法的价值，完成了本课程的设计。

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第一章 绪 论

1.1 选题的背景及研究意义

1.2 晶体振荡器的发展动态

1.3 本文的主要内容

1.4 本论文的结构安排

第二章 晶体振荡器理论概述

2.1 石英晶体谐振器特性

2.2 晶体振荡器的结构和性能参数

2.3 反馈型振荡器的基本原理

2.4 巴特勒振荡电路分析

2.5 本章小结

第三章 晶体振荡器的相位噪声分析

3.1 相位噪声概述

3.2 基于李森模型的相位噪声分析

3.3品质因数的定义以及有载品质因数QL表达式的推导

3.4李森模型中相位噪声公式的优化

3.5 本章小结

第四章 80MHz低相位噪声晶体振荡器的计算机仿真

4.1 ADS仿真软件简介

4.2 未考虑非线性器件噪声的80MHz晶体振荡电路的仿真

4.3 有源器件晶体管相位噪声参数分析

4.4 考虑非线性器件噪声后的80MHz低相位噪声晶体振荡电路的仿真

4.5 本章小结

第五章 80MHz低相位噪声晶体振荡器的设计与实现

5.1 低噪声晶体振荡器的设计原则

5.2 80MHz低相位噪声晶体振荡器设计

5.3 80MHz低相噪晶体振荡器相位噪声的实测及结果分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果