VCO的相位噪声(1)

时间:2021-09-04 18:40:01

1.相位噪声的基本概念

VCO的相位噪声(1)

目标输出波形为a,却输出了b,wc边带的都是噪声。

由于本章是相位噪声,所以主要考虑的是,噪声对于输出波形相位的影响,进而影响输出的频谱函数。可以假设,输出波形的时域表达式为

VCO的相位噪声(1)

 

可以假设相位噪声谱为Sn(w),可以由此来计算出相位噪声对于输出的影响。

VCO的相位噪声(1)

对于相噪的度量,我们定义相噪的大小为:在偏离理想信号频率Δf的1Hz带宽内的功率与负载功率的比值。

VCO的相位噪声(1)

2.相噪的实际影响

如图所示,当VCO作为接受端的本地信号发生器的时候,带有相位噪声的本地信号对于有用信号和干扰信号卷积之后,使得有用信号和干扰信号发生重叠,如果重叠过大的话会覆盖有用信号。

VCO的相位噪声(1)

而对于这样的干扰信号一般是难以消除的,所以在这种情况下,系统对于特定频率偏移下的VCO的相位噪声是有一个容限的。

3.1噪声分析:方法一(Leeson)

以上只是定性分析噪声,而实际中往往需要先手工粗略计算噪声,为设计电路提供直观的感觉。

直观上LC网络越大的Q,能提供更尖锐的谐振谱,具有跟更高的选择性,所以能减少边带噪声。所以我们现在来定义一下振荡器的Q值,

VCO的相位噪声(1)

值得一提的是,以上的定义与原本对于LC网络的Q的定义一致。需要注意的是ϕ(w)开环的相位传输函数。

VCO的相位噪声(1)

所以即使是热噪声,经过整个环路之后会变得很尖锐。

其中的计算过程就不详述了,主要思想是泰勒展开,以及假设噪声只影响传输函数的相位。最后得出

VCO的相位噪声(1)

以上已经提出了相位噪声对于输出的影响,下面将要提出相位噪声的来源,也就是把其他的噪声转化为相位噪声。

VCO的相位噪声(1)

假设存在噪声n(t)

VCO的相位噪声(1)

VCO的相位噪声(1)

最后想要推出的结果如图

VCO的相位噪声(1)

Cyclostaiotnary Noise

对于这样一个非线性时变系统,若要细致考虑的话,还需要考虑Cyclostaiotnary Noise。

VCO的相位噪声(1)

由于x,y节点电压的周期性变化,导致M1,M2噪声的变化,因此假设实际的噪声为3/8*晶体管的噪声。

考虑时间变化的阻抗

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从长时间来看,系统肯定会稳定在一个频率值,所以Gavg一定会等于1/Rp。

线性模型

VCO的相位噪声(1)

计算出

VCO的相位噪声(1)

再经过以上分析的纠正,得到结果如下

VCO的相位噪声(1)

VCO的相位噪声(1)

对于设计振荡器还有一个问题是,当其中一个晶体管进入深度线性区后,由于尾电流源的电容,使得系统的Q值严重恶化。

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