[发明专利]使用负反馈的低相位噪声振荡器

说明书

一种振荡器包括谐振器和第一环路。所述第一环路包括放大器和第一耦合器。所述第一环路电耦合到所述谐振器。所述振荡器被配置为在空腔模式下相对于空腔的短路端子或开路端子产生所述放大器的负反馈，所述空腔在偏离载波频率的频率下模拟所述振荡器。所述振荡器在所述偏离载波频率的频率下双向通过所述空腔的损耗小于4.00dB。

背景技术

Leeson法则用于设计具有低相位噪声的射频(RF)振荡器。Leeson法则将输出相位噪声频谱描述为方程。如用单边带形式表达，Leeson法则如下：

L(f)＝10log₁₀[(FKT/2P_sav)*(1+f_o/(2Q_L*Δf)²]dBc/Hz，

其中：

L(f)＝单边带相位噪声(dBc/Hz)

F＝振荡器中有源装置的噪声系数(dB)

K＝玻尔兹曼常数＝1.38X 10^-23焦耳/度-K

T＝有源装置的温度，通常假设为17°-C(290°-K)

KT＝-174dBm/Hz

P_sav＝有源装置可从源获得的功率，其中所述源通常是谐振器(dBm)

f_o＝振荡器的输出频率，也被称为载波频率

Q_L＝谐振器的负载Q

Δf＝与测量相位噪声时的载波频率的偏移量(Hz)

Leeson法则可以用于描述许多RF振荡器的输出相位噪声频谱，无论是将RF振荡器建模为负电阻振荡器、环路反馈振荡器还是其他某种电气模型。由L(f)表示的振荡器的相位噪声频谱是通过在放大器的输出与放大器的输入之间提供具有0°相移的正振幅反馈来确定的。通过使信号通过谐振器，以振荡器的所需输出频率提供正振幅反馈。

Leeson法则中的方程可以稍微简化。即，假设在极高程度地偏离输出频率的高偏移频率(在本文中也被称为“高偏移量”)处将不存在反馈，并且相位噪声水平将与由放大器输入阻抗确定的噪声系数一起作为放大器的相位噪声水平。没有反馈的放大器的相位本底噪声是众所周知的并且由下式给出：

L(f)＝10log₁₀[(FKT/2P_sav)](dBc/Hz)

图1A示出了具有根据Leeson法则产生的相位噪声的已知振荡器的简化示意图。在图1A中，振荡器100包括初级反馈环路101，所述初级反馈环路具有串联的电阻器111、电感器112和电容器113、耦合器120、放大器150和隔离器119。初级反馈环路101中的信号的传播方向是逆时针方向。串联的电阻-电感-电容器(R–L–C)部件表示具有高阻抗截止谐振的谐振器。在理想情况下，谐振频率是载波频率，但是实际上，由于振荡器中的其他电路元件的特性，谐振频率与载波频率可能会略有不同。如果谐振器的谐振频率是相移为0°并且谐振器的损耗最小的频率，则术语“偏谐振”是指相移大于或小于0°的频率。这种谐振器的例子可以是外壳电容为零输出的石英晶体谐振器。在载波频率下，当相移为0°时，环路周围的增益大于单元1。尽管并联RLC谐振器的偏谐振阻抗很低，但是以下描述对于并联接地的并联R–L–C谐振器代替串联谐振器同样有效。耦合器120将一些功率作为输出功率从振荡器环路传输到负载189。添加隔离器119仅是为了说明Leeson法则假设放大器150所得的输出阻抗将不会以任何方式影响放大器150的相位噪声，使得放大器150的相位噪声将不会受到输出阻抗的影响。