覆蓋多個頻段的振蕩器的設計

為了驗證多頻振蕩器概念的有效性，這里組裝了一個原型用于產生兩個同步頻段。通過在雙極晶體管的基極使用兩個并聯(lián)二階諧振器，實現(xiàn)了振蕩器的四階諧振器（圖1）。RCO采用的版圖設計（圖7），可以用標準集成電路（IC）技術制造。它使用了更高階的超材料諧振器完成多個并發(fā)頻率的操作，能橫跨兩個不同頻段（如2.45~2.65GHz和4.85~5.25GHz）調諧，與分開的開關型VCO相比，功耗和尺寸有顯著減小。


圖7：在雙頻振蕩器原型的制造中使用了這個版圖。

直觀的感覺是，較低頻率振蕩范圍（2.45~2.65GHz）所需的電感值要比較高頻率模式（4.85~5.25GHz）時大。在商用計算機輔助工程（CAE）軟件的幫助下，可以對雙頻振蕩器的諸如相位噪聲等不同性能參數(shù)（圖8）進行仿真。通過在雙極晶體管基極的諧振器網絡上跨接調諧電容，可以綜合出要求的電感值，原理是調諧電容可以在感興趣的工作頻段上，提供晶體管發(fā)射極所需的負電阻和電抗（電感或電容）。


圖8：計算機輔助工程軟件工具在仿真雙頻振蕩器設計的性能參數(shù)時非常有用，比如這張相位噪聲性能圖。

多模振蕩器中使用的濾波器有利于減輕模泄漏問題，比如振蕩器電路振蕩在雙模的時候。給定設計中的模泄漏量，取決于該部分電路的后續(xù)濾波器的頻譜選擇性以及振蕩器的設計要求。

四階振蕩器的相位噪聲在只產生其諧振頻率之一時，與使用相同有源拓撲和諧振器品質因數(shù)（Q）的二階振蕩器的相位噪聲相當。

但與常用的開關型諧振振蕩器相比，四階振蕩器在VCO實現(xiàn)中有更好的相位噪聲性能和/或更高的調諧范圍。兩種載波范圍1MHz頻偏處的原型源相位噪聲測量值通常都好于-120dBc/Hz（圖9）。多頻段振蕩器只需+5VDC和20mA偏置，并且在兩個頻段上均能提供+3dBm的典型輸出功率。對于多模多頻段無線設備而言，這種單一源也許能夠匹配許多傳統(tǒng)的VCO.


圖9：原型源的相位噪聲在兩種調諧范圍1MHz偏移處的測量值通常都好于-120dBc/Hz.