Development of a voltage-controlled oscillator with low phase noise

Данная работа посвящена разработке генератора, управляемого напряжением с низким уровнем Ñ„Ð°Ð·Ð¾Ð²Ñ‹Ñ ÑˆÑƒÐ¼Ð¾Ð². Были рассмотрены ÑÑ ÐµÐ¼Ð¾Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ðµ решения и особенности Ð¾ÑÐ½Ð¾Ð²Ð½Ñ‹Ñ Ð²Ð¸Ð´Ð¾Ð² ГУН: ÐºÐ¾Ð»ÑŒÑ†ÐµÐ²Ñ‹Ñ Ñ€ÐµÐ·Ð¸ÑÑ‚Ð¸Ð²Ð½Ð¾-Ñ‘Ð¼ÐºÐ¾ÑÑ‚Ð½Ñ‹Ñ Ð¸ индуктивно-Ñ‘Ð¼ÐºÐ¾ÑÑ‚Ð½Ñ‹Ñ Ð³ÐµÐ½ÐµÑ€Ð°Ñ‚Ð¾Ñ€Ð¾Ð². Был проведён сопоставительный анализ ÑÑ ÐµÐ¼Ð¾Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ€ÐµÑˆÐµÐ½Ð¸Ð¹ LC-ГУН. Показано, что наиболее перспективным ÑÑ ÐµÐ¼Ð¾Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ð¼ решением генератора по критерию минимизации фазового шума является ÑÑ ÐµÐ¼Ð° Клэппа с включением варакторов в колебательный контур через трансформаторную связь. Данный тип включения варактора позволяет уменьшить влияние конечной добротности варактора на добротность колебательного контура за счёт развязки между напряжением смещения транзисторов и варакторов по постоянному току. В Ñ Ð¾Ð´Ðµ работы выполнены разработка принципиальной ÑÑ ÐµÐ¼Ñ‹ ГУН с подключением варакторов через трансформаторную связь по Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¾Ð»Ð¾Ð³Ð¸Ð¸ SiGe с топологическими нормами 0.13 мкм, компьютерное моделирование и оптимизация по критерию минимизации фазового шума принципиальной ÑÑ ÐµÐ¼Ñ‹ ГУН с использованием САПРADS. По результатам моделирования получен генератор, управляемый напряжением, с центральной частотой 15 ГГц со следующими параметрами: минимальный уровень фазового шума, достигает -115 дБн/Гц при отстройке 1 МГц; диапазон перестройки частоты составил 22,6%, показатель качества (FoM) -195 дБн/Гц. Результаты позволяют сделать вывод о перспективности данного ÑÑ ÐµÐ¼Ð¾Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¾Ð³Ð¾ решения и о его применимости в Ð¿Ñ€Ð¸Ñ‘Ð¼Ð¾Ð¿ÐµÑ€ÐµÐ´Ð°ÑŽÑ‰Ð¸Ñ ÑƒÑÑ‚Ñ€Ð¾Ð¹ÑÑ‚Ð²Ð°Ñ Ñ высокой степенью интеграции.
The given work is devoted to the design of a voltage-controlled oscillator with a low of phase noise. The features of two main types of VCO, such as ring RC-VCO and LC-VCO were considered. Circuit design solutions of LC-VCO's was analyzed. a comparative analysis of each circuit designs was carried out. A Clapp VCO with transformer-coupled varactor was identified as a prospective design. This solution decreases the influence varactor's Q-factor on the tank due to the isolation between the bias of transistors and varactors. A schematic diagram of the VCO with transformer-coupled varactor using SiGe technology with topological standards of 0.13 microns, using computer modeling and optimization by the criterion of minimizing the phase noise of the VCO circuit using ADS CAD were obtained. The oscillator features a phase noise of −115 dBc/Hz at 1MHz offset from the carrier, a wide 22.6% tuning range. The oscillator FoM is −191 dBc/Hz. The results allow us to draw a conclusion about the prospects of this design and its applicability in highly integrated transceiver devices.