TWI523411B - 低雜訊振盪器 - Google Patents

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Description

低雜訊振盪器
本發明關於RF振盪器，更具體地關於具有低位準相位雜訊之RF振盪器。
如本技藝中已知，低雜訊振盪器在諸如導航、雷達及通訊系統中具有廣泛應用。如本技藝中已知，基於電晶體振盪器，來自電晶體之1/f雜訊可顯著地降低振盪器相位雜訊。用以產生低雜訊振盪器之一技術為用於具有低相位雜訊之裝置的螢幕振盪器電晶體。此為耗時、昂貴且有時可導致不可預期之產量。所欲的是獲得具遠低於1 kHz之1/f雜訊的RF電晶體，但通常被視為不切實際。尤其，RF振盪器相位雜訊為侷限許多系統性能之主要因素。基於時間之相關屬性為短期穩定性或Allan方差(Allan variance)。文獻中充分理解並說明振盪器中相位雜訊產生之基本機制。範例為D.B.Leeson於1966年2月Proc.IEEE,vol.54,pp.329-330之「回饋振盪器雜訊頻譜之簡單模型」(''A simple model of feedback oscillator noise spectrum")文章中D.B.Leeson說明之模型。此振盪器模型通常稱為「Leeson模型」。採用許多技術以減少振盪器之相位雜訊，但該些技術一般關於回饋電路中使用具較低1/f相位雜訊之電晶體或較高Q諧振器。
相位雜訊通常藉由其光譜性質予以說明。例如，相位 雜訊可具有1/fn特性，且n為整數。對振盪器電路而言，n通常從0至3變化。如D.B.Leeson中所說明，於1966年2月Proc.IEEE,vol.54,pp.329-330之「回饋振盪器雜訊頻譜之簡單模型」("A simple model of feedback oscillator noise spectrum")文章中，當裝置嵌入高Q振盪器電路時，諧振器帶寬內電子雜訊增加，使得1/f相位雜訊轉換為1/f3相位雜訊。此轉換之含意為諧振器帶寬內相位雜訊大為增加。獲得較低相位雜訊接著要求較低1/f相位雜訊電晶體或較高Q諧振器。尤其，RF電晶體之1/f相位雜訊關於從振盪信號之中心共振頻率的小偏移頻率之相位雜訊。例如，當係指1 GHz振盪器中1/f相位雜訊時，1/f用詞應用於當從1 GHz輸出偏移時，具有1/f頻譜形狀之雜訊。儘管電晶體1/f相位雜訊一般歸因於材料及表面缺陷，精確機制未被充分理解。
1/f相位雜訊之起源可與電晶體之實際1/f電壓雜訊相關，但轉換之特定機制未被充分理解。於雙極電晶體中將1/f電壓雜訊轉換為1/f相位雜訊之一機制為源自集極與基極控制電極之間之1/f電壓雜訊的集極-基極電容調變。於場效電晶體中將1/f電壓雜訊轉換為1/f相位雜訊之類似機制為源自源極與汲極控制電極之間之1/f雜訊的源極-基極電容調變。因RF性能與1/f雜訊之間之妥協，獲得具有極低1/f相位雜訊之RF電晶體非常困難。
藉由Eva S.Ferre-Pikal、Fred L.Walls於1997年3月在超音波、鐵電電子性及頻率控制IEEE會報Vol.44, No.2之「具低1/f AM及PM雜訊之BJT放大器設計準則」(Guidelines for Designing BJT Amplifiers with Low 1/f AM and PM noise)文獻中提出分析，其關於具低頻電壓波動之放大器1/f相位雜訊。提出集極-基極電容之調變作為將1/f電壓雜訊轉換為1/f相位雜訊之方法。
在藉由Eva S.Ferre-Pikal於2004年8月在電路及系統IEEE會報Vol.51,No.8之「使用低頻主動回饋之線性HBT放大器中相位雜訊減少」(Reduction of Phase Noise in Linear HBT Amplifiers Using Low-Frequency Active Feedback)文獻中，作者嘗試使用儀表放大器穩定習知偏壓RF電晶體。儀表放大器係以習知拓樸配置。存在電晶體偏壓點之附加穩定性可抑制1/f相位雜訊之證據。然而此拓樸亦導入若干附加電阻組件作為雜訊之電位源，並具有有限雜訊抑制。該些裝置未嵌入或有關於低相位雜訊振盪器。
所欲為提供具極低相位雜訊之RF振盪器，包括1/f相位雜訊。此外，所欲為使RF功率隨溫度及程序變化之變化最小化。
根據本揭露，提供一種振盪器，具有：(A)電晶體，用於在該電晶體之輸出電極產生振盪輸出信號；(B)偏壓電路，用於產生該電晶體之偏壓信號，該偏壓電路包括耦合至該電晶體之該輸出電極的放大器；以及(C)耦 合於該放大器之輸出與該電晶體之控制電極之間之電路，用於隔離藉由該放大器提供之該偏壓信號與該振盪輸出信號。
在一實施例中，提供具有第一回饋迴路之振盪器電路，包含：諧振器電路，其具有耦合至電晶體之輸出電極的輸入，及耦合至電晶體之控制電極的輸出。振盪器電路包括偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；及耦合至差動放大器之第一輸入的參考電壓。差動放大器之第二輸入耦合至電晶體之輸出電極。差動放大器之輸出耦合至電晶體之控制電極。第二回饋迴路耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間。
在一實施例中，第二回饋迴路包含電阻器及電容器，連續耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間。
在一實施例中，RF阻塞電路連續連接於電晶體之輸出電極與差動放大器之第一輸入之間，及其中，電阻器及電容器係連續耦合於連續連接之振盪器頻率阻塞電路對之間之節點與電晶體之控制電極之間。
在一實施例中，另一對匹配及阻塞電路經由諧振器電路而連續耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間。
第二回饋迴路為相位雜訊抑制電路並提供另一輸出電極以控制電極回饋，運作以減少增益及偏移偏壓控制迴路中較高頻率AC信號之相位，並減少差動放大器偏壓控制迴路之帶寬外部的對於電晶體之控制電極的輸出電極中波 動。第二迴路亦影響振盪迴路中RF增益並亦穩定臨界集極-基極偏壓電壓。
在一實施例中，提供振盪器電路，具有：電晶體；再生回饋迴路，用於在具有不受歡迎的1/f電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊的電晶體之輸出電極產生輸出振盪頻率信號；負回饋迴路，耦合於電晶體之輸出電極與控制電極之間，用於在輸出電極抑制1/f電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊；及電路，耦合於輸出電極與控制電極之間，用於提供振盪頻率予回饋迴路以穩定電晶體之作業，及用於耦合遠離控制電極之負回饋迴路之中間頻率至電晶體之輸出電極。
基於該等配置，藉由主動控制偏壓及低頻調變，振盪器之相位雜訊減少。本發明使用新穎拓樸以減少1/f電晶體相位雜訊並改進振盪器1/fn相位雜訊，其中n為介於0至3之整數。該技術可廣泛應用於振盪器。
以下附圖及說明中提出揭露之一或更多實施例之細節。從說明及圖式，及從申請項，揭露之其他特徵、目標及優點將顯而易見。
現在參照圖1，顯示振盪器10。振盪器包括電晶體Q1；諧振電路12，耦合於電晶體Q1之輸出電極(此處為集極電極)與電晶體Q1之控制電極(此處為基極電極)之間；及用於電晶體Q1之dc偏壓電路14。dc偏壓電路 14包括：電壓產生電路16；及差動放大器18。差動放大器18具有：第一輸入(反向(-)輸入)，耦合至固定參考電壓；第二輸入(非反向(+))，耦合至電壓產生電路16，該等電壓產生電路於有關於通過電晶體Q1之輸出電極(集極)的電流Ic之差動放大器18的第二輸入(非反向(+))產生電壓；及輸出20，耦合至電晶體Q1之控制電極(基極)。電壓源V1具有：一電位(+)，耦合至電壓產生電路16之一端子22；及第二電位(-)，耦合至電壓產生電路16之第二端子24。電壓產生電路16之第三端子26耦合至差動放大器18之第二輸入(非反向(+))。電壓產生電路16包括第一電阻器R4，耦合於差動放大器(非反向(+))之第一電位與第二輸入之間，及第二電阻器R5，耦合於電晶體Q1之另一電極(射極)與第二電位(即端子24)之間。電感器L1耦合於差動放大器18之第二輸入(非反向(+))與電晶體Q1之輸出電極(集極)之間。電容器C3耦合於差動放大器18之第一輸入(反向(-))與差動放大器18之輸出20之間。第三電阻器R3及第四電阻器R6於節點30連接在一起，該等節點30經由電容器C4而耦合至第二電位(即端子24)，第三電阻器R3耦合於差動放大器18之輸出20與節點30之間，及第四電阻器R6耦合於節點30與電晶體Q1之控制電極(基極電極)之間。固定電壓為由耦合於電壓源V1之第一與第二電位之間之電阻器R1及R2組成之電阻器除法器34於節點32產生之電壓。
尤其，電晶體Q1為振盪器電晶體。差動放大器18經挑選而具有低1/f電壓雜訊性質。電阻器R7為具50 ohms典型值之RF負載電阻器。電感器L1用於RF隔離，亦可採取分佈式傳輸線之形式。電容器C1為於振盪頻率具有極低反應之旁通電容器。二埠裝置為諧振回饋電路12並可為集總元件LC、諸如SAW之聲音諧振器、或諸如傳輸線或介電諧振器之分佈式諧振器。二埠可包括調諧振盪器頻率之裝置，諸如變容二極體。
此處，差動放大器18用以偏壓及穩定振盪器電晶體Q1。電晶體Q1顯示為雙極裝置，亦可為FET；在此狀況下控制電極為汲極電極，且集極及射極電極為源極及汲極電極。半導體材料可為矽、GaAs、GaN或其他半導體材料。
藉由用作具有低1/f電壓雜訊之差動放大器的差動放大器18而提供偏壓。例如，可使用具典型攔截10 Hz以下1/f電壓雜訊之市售差動放大器。藉由R1及R2電壓除法器形成之參考電壓亦具有低1/f電壓雜訊用作反向輸入，且與RF電晶體之集極電流成比例之電壓用作非反向輸入。因電晶體Q1於低頻之180相位偏移，從R4-L1節點之電壓的回饋路徑應用於正差動放大器輸入。放大器19正輸入(非反向輸入(+))有效地變成負回饋路徑，且節點32之參考電壓應用於通常用作至運算放大器之負輸入。從差動放大器18之輸出20用以提供電壓，用於偏壓至RF電晶體Q1之輸入(此處為射極)。電阻器R3、R6及電容器C4用以隔離RF信號與偏壓函數，亦抑制相位雜訊 。另一電容器C3充當相位偏移組件以建立充足相位邊限，並確保未藉由極高差動電壓增益而再生雜訊程序。偏壓組態確保差動放大器18之非反向輸入(+)電壓本質上等於反向輸入(-)之電壓。由於反向輸入(-)之雜訊源於具極低雜訊之節點32的參考電壓，非反向輸入(+)之雜訊亦將同樣安靜。在RF電晶體Q1之集極電流Ic中任何雜訊現在將藉由偏壓電路14感測，且呈現於RF電晶體Q1之基極的電壓將調整以補償雜訊。通常呈現於RF電晶體Q1之集極的雜訊本質上將轉移回至該電晶體Q1之基極。然而，由於電晶體Q1具有從集極至基極電極之電壓增益，藉由此電壓增益，電壓雜訊將類似地減少。與集極至基極電容之調變相關並介於偏壓電路帶寬內之雜訊程序將類似地減少。電阻器R5提供額外負回饋以穩定振盪電路。
由於偏壓電路向下延伸至DC，振盪器頻率相對於RF電晶體之溫度及參數變化的變化亦穩定。該電路可從不同裝置實施或作為積體電路。
現在參照圖2，顯示此處產生RF振盪輸出信號之振盪器10'，具有輸出電晶體配置QA'(此處由電晶體Q1A'及Q2A'對組成)，如圖示其具有連接在一起之基極電極，且集極電極於節點A連接在一起；電晶體Q1A'之射極電極經由電阻器R6A'而接地，且電晶體Q2A'之射極電極經由電阻器R6B'而接地。
提供DC偏壓控制迴路11'，具有差動放大器18'，其被饋以由電壓除法器(如圖示由連續連接於供應電壓+V 與接地之間之電阻器R1'及R2'組成)於節點B產生並饋送至差動放大器18'之反向(+)輸入的參考電壓，及於電晶體Q1A'及Q2A'之集極電極產生並經由連續連接之阻抗匹配及RF阻塞元件(如圖示此處分別為例如電感器L1'及L2')而饋送至差動放大器18'之非反向(-)輸入的電壓。差動放大器18'經選擇而具有低1/f電壓雜訊性質。如圖示，配置於節點B與差動放大器18'之輸出之間為電阻器R9'及分流電容器C3'。如圖示，差動放大器18'之輸出經由連續連接之電阻器R3'及R5'對而饋送至電晶體Q1A'及Q2A'對之基極電極，以完成DC偏壓控制迴路11'。應注意的是電阻器R3'及R5'於節點C連接在一起；該等節點C連接：經由電阻器R8'而接地；及經由電阻器R7'而至諧振器電路12'之輸出。請注意，電阻器R4'及電容器C1'於節點D連接在一起，並連續連接於電壓供應+V與接地之間。
提供回饋迴路17'之振盪器頻率，此處為RF頻率。振盪器頻率回饋迴路17'包括：藉由電晶體Q1A'及Q2A'對之輸出(集極電極)饋送之功率分配器15'；連續電感器L3'及L4'對(及如圖示連接於接地與連接至電感器L3'及L4'對之節點E之間之電容器C4')；諧振器電路12'，具有耦合至電晶體Q1A'及Q2A'對之輸出(電晶體Q1A'及Q2A'對之集極電極)的輸入；及電阻器R7'，經由電容器C5'而將諧振器電路12'之輸出連接至電晶體Q1A'及Q2A'對之基極電極，以完成振盪器頻率回饋迴路17'。如上，功率分配器15'之第二輸出提供振盪器10'之輸出。連續電感器 L3'及L4'對及電容器C4'為回饋迴路17'提供適當正(再生)相位偏移。電晶體Q1A'及Q2A'對提供RF增益，及電阻器R6A'及R6B'提供若干射極回饋及增益穩定。
電阻器R7'及R8'略為減少RF功率位準，但亦控制呈現予Q1A'及Q2A'之控制電極(基極)的阻抗。諧振器12'可具有對於遠離諧振器頻率之低相位雜訊信號產生並非理想的阻抗，且電阻器R7'及R8'控制此阻抗。RF阻塞結構(此處為電感器L1')用於與電壓源+V及差動放大器18'之非反向輸入的RF隔離，亦可採取分佈式傳輸線之形式。電容器C1'為於振盪RF頻率具有極低反應之旁通電容器，藉以引導任何RF能量接地。
諧振器電路12'為二埠，並可為例如集總元件(lumped element)LC、諸如SAW之聲音諧振器、或諸如傳輸線或介電諧振器之分佈式諧振器。二埠例如可包括調諧振盪器頻率之裝置，諸如變容二極體。
差動放大器18'用於偏壓及穩定振盪器電晶體Q1A'及Q1B'。另一方面，可排除電晶體Q1B'及電阻器R6B'以產生較簡單但較低成本之振盪器。電晶體Q1A'及Q1B'文中稱為Q1'。電阻器R6A'及R6B'文中稱為R6'。電晶體Q1'顯示為雙極裝置，但亦可為FET。半導體材料可為矽、GaAs、GaN或其他半導體材料。
裝置Q1'、C2'、R5'、L1'及L2'組合以產生從電晶體Q1'之基極至集極之雙低頻及RF增益。功率分配器15'引導RF功率部分至RF輸出，及RF功率部分進入電感器 L3'。功率分配器15'為任何知名功率分配器，此處為例如美國紐約Brooklyn之HPQ-05型Mini電路。電感器L3'、電容器C4'及電感器L4'偏移RF功率之相位進入諧振器12'。諧振器12'為高Q二埠裝置，諸如結晶、SAW、凹處或MEMS諧振器，並可包括調諧諧振器之裝置，諸如具變容二極體。電阻器R7'及R8'減少RF功率進入電晶體Q1'之基極電極，使得經由迴路17'之整體增益約3 dB。此外，電阻器R7'及R8'以從諧振器之峰值振幅偏移之頻率穩定呈現予電晶體Q1'之基極控制電極的阻抗，但仍關切振盪器10'之整體相位雜訊頻譜。
藉由用作差動放大器18'而提供偏壓，其係具有低1/f電壓雜訊之差動放大器。例如，可使用具典型攔截10 Hz以下1/f電壓雜訊之市售差動放大器，諸如由美國馬薩諸塞州Norwood「Analog Devices」製造之OP27。
藉由R1'及R2'電壓除法器於節點B形成之參考電壓亦具有低1/f電壓雜訊用作差動放大器18'之反向輸入，且與RF電晶體Q1'之集極電流成比例之電壓用作非反向輸入。因電晶體Q1'於低頻之180相位偏移，從R4'-L1'節點之電壓的回饋路徑11'應用於正差動放大器18'輸入。放大器18'非反向(正)輸入有效地變成負回饋路徑11'，且節點B之參考電壓應用於通常用作至運算放大器18'之反向(負)輸入。從差動放大器18'之輸出用以提供電壓，用於偏壓至RF電晶體Q1'之輸入。電阻器R3'用以隔離RF信號與DC偏壓函數。電阻器R5'允許Q1'之控制信號應用 於電晶體Q1'之基極電極。
因而，如以上說明，存在二回饋迴路：(1)回饋迴路17'，其為正，為產生所欲振盪頻率信號之再生回饋迴路，此處為振盪器10'之RF輸出信號；然而，迴路17'於電晶體Q1'之集極電極包括不受歡迎的電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊；及(2)負且退化回饋迴路11'，用於電晶體Q1'之集極中不受歡迎的抑制1/f電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊。二回饋迴路11'及17'共用電晶體Q1'集極及基極控制電極。差動放大器18'之輸出於電晶體Q1'之基極控制電極提供充分DC電壓，使得節點D之電壓將幾乎與節點B之電壓相同。此外，節點B之低雜訊電壓現在將反映至節點D，包括1/f雜訊電壓。由於電感器L1'及L2'將幾乎為低頻信號短路，電晶體Q1'之集極電壓將於低頻具有極低電壓雜訊，包括其中1/f電壓雜訊顯著之臨界頻率。回饋迴路11'將於電晶體Q1'之集極中產生電流，其與電晶體Q1'之固有集極雜訊電流大小相等相位相反。此雜訊藉由回饋迴路11'而轉移至電晶體Q1'之基極控制電極。藉由回饋迴路11'之動作而抑制電晶體Q1'之集極的低頻雜訊。電晶體Q1'可具有從基極控制電極至集極電極之電壓增益。此電壓增益將約R4'/(1/gm+R6')，其中gm為電晶體Q1'跨導。由於回饋迴路11'控制節點D之電壓，藉以電晶體Q1'之集極電壓用於低頻，由回饋迴路11'於電晶體Q1'之基極控制電極產生之信號將藉由Q1'之低頻增益比例而減少。由於現在抑制集極電極電壓雜訊，基極 電極電壓雜訊亦藉由Q1'之低頻電壓增益而減少，總集極-基極電壓雜訊將藉由回饋迴路11'而減少。雜訊減少向下延伸至DC，並包括臨界區域其中1/f電壓雜訊將顯著。由於電晶體之相位雜訊已知受集極-基極電壓雜訊影響，Q1'之低頻相位雜訊現在藉由回饋迴路11'而減少，包括1/f相位雜訊。然而，回饋迴路11'中存在中間頻率，其中僅回饋迴路11'之效果將增加電壓雜訊，因此增加電晶體Q1'之相位雜訊。該些中間頻率將於RF振盪頻率之相位雜訊層中反映，且典型值介於10 kHz至40 MHz。DC偏壓迴路11'中需要相位邊限之大度數，諸如60度或更多。低於60度之相位邊限將導致相位雜訊放大，於具較低相位邊限之區域中產生增加之相位雜訊。較低相位邊限導致RF振盪信號之相位雜訊層中相位雜訊的提昇區域。
為改進另一振盪器頻率之相位邊限，提供負回饋迴路15'以抑制電晶體Q1'之集極電極的相位雜訊。另一振盪器頻率回饋迴路15'為相位雜訊抑制電路，包括電阻器R5'、電容器C2'及電阻器R10'。另一迴路15'用於經由電晶體Q1'之集極-基極雜訊電壓中減少之電壓雜訊而抑制RF迴路17'中相位雜訊。
電容器C2'及電阻器R10'連續連接於節點F與節點C之間。在中間頻率，電阻器R10'及電容器C2'具有低阻抗及具有與回饋迴路11'之共用路徑。電阻器R10'及電容器C2'藉由電晶體Q1'產生之量而減少回饋迴路11'之增益。電阻器R10'及電容器C2'充當高通濾波器，經由路徑19' 而分流；於上述中間頻率，回饋迴路11'之部分控制信號在電晶體Q1'周圍(即遠離迴路11'，因此遠離控制電極，指向集極電極)。電阻器R5'連同電容器C2'額外從電晶體Q1'之集極電極的電感器L1及L2'之接面(節點F)提供集極-基極RF回饋至電晶體Q1'之基極電極。因而，如圖示，額外相位雜訊抑制電路回饋迴路15'來自電晶體Q1之集極電極，經由電感器L2'，經由電阻器R10'、電容器C2'，經由電阻器R5'，及回至電晶體Q1'之集極電極。因為電晶體Q1'之基極與集極之間之180度相位偏移，回饋為負回饋。電容器C2'經選擇為RF旁通電容器，並用於減少增益及偏移偏壓控制迴路之中間頻率信號之相位。此外，電容器C2'將集極電極減少為電晶體Q1'之基極電極電壓雜訊，其均為DC偏壓控制迴路11'之差動放大器18'的帶寬外。DC偏壓組態確保差動放大器18'之非反向輸入電壓本質上將等於該等差動放大器18'之反向輸入電壓。由於反向輸入之1/f電壓雜訊源於具極低1/f電壓雜訊之節點B之參考電壓，非反向輸入之1/f電壓雜訊亦將類似地安靜。RF電晶體Q1'之集極電流中任何1/f電壓雜訊現在將藉由DC回饋偏壓電路11'感測，且呈現於RF電晶體Q1'之基極的電壓將調整以補償電壓雜訊。通常呈現於RF電晶體Q1'之集極的相位雜訊本質上將轉移回至該電晶體Q1'之基極。然而，由於電晶體Q1'具有從基極至集極之電壓增益，1/f電壓雜訊將藉由此電壓增益而類似地減少。與集極-基極電容之調變相關並介於DC偏壓電路11'帶寬 內之相位雜訊程序將成比例減少。電阻器R5'提供額外負回饋以穩定振盪電路10'。電容器C2'經選擇而為RF旁通電容器，避免DC通過額外振盪器頻率回饋迴路15。電阻器R5'及R10'提供來自集極電極之RF回饋回至電晶體Q1'之控制電極，並經選擇以於RF頻率回饋迴路17'周圍提供約3 dB增益。總之，電容器C2'、R5'及R10'藉由影響DC偏壓迴路11'之增益及相位邊限而影響DC偏壓控制之效果。當低頻迴路增益及相位特性之電腦分析提供適當值之洞察時，非線性效果亦影響電路行為。尤其，電容器C2'、R5'及R10'(即，額外振盪器頻率相位雜訊抑制電路回饋迴路15')影響RF振盪信號之相位雜訊層。相位雜訊層頻率從諧振器電路12'之3 dB帶寬外部之RF振盪頻率偏移的區域。額外相位雜訊抑制電路回饋迴路15'提供DC偏壓控制迴路11'中額外相位邊限，以改進中間頻率之Q1'中相位雜訊。額外相位雜訊抑制電路回饋迴路15'亦用於穩定Q1'之集極-基極電壓，導致Q1'之相位雜訊的進一步抑制。若無額外相位雜訊抑制電路回饋迴路15'，中間頻率之電晶體Q1'的相位雜訊將大幅增加。此外，傳送至電晶體Q1'之基極的節點C之中間頻率及通過電容器C2'及R10的節點C之中間頻率，傾向於在電晶體Q1之集極電極相互抵銷。因而，如以上說明，具有電阻器R5'、R3'、R10'及電容器C2'之電路抑制出現於電晶體Q1'之集極的振盪輸出頻率信號中相位雜訊。電阻器R3'隔離藉由放大器18'提供之偏壓信號與節點C呈現之產生的振盪信號。
由於偏壓電路11'向下延伸至DC，振盪器頻率因而相對於RF電晶體之溫度及參數變化而穩定。電路10'可從不同裝置實施或作為積體電路。
因而，振盪器電路10'包括再生回饋迴路17'，用於在具有不受歡迎的1/f電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊的電晶體Q1'之輸出電極產生輸出振盪頻率信號。負回饋迴路11'耦合於電晶體Q1'之輸出電極與控制電極之間，用於抑制輸出電極之1/f電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊。具有電容器C2'及R10'及R5'之電路耦合於輸出電極與控制電極之間，用於提供回饋迴路15'至振盪頻率以穩定電晶體Q1'之作業，並包括具有電容器C2'及R10'之路徑19'，用於將遠離控制電極之負回饋迴路11'之中間頻率耦合至電晶體Q1'之輸出電極。此電路具有電阻器R3'、R5'、R10'及電容器C2'，抑制振盪器中相位雜訊。
此處用於產生約450 MHz之功率分配器15'之輸出的振盪器頻率之振盪器電路10'中，元件值之示範組為：+V為10伏；R1'=383歐姆
R2'=845歐姆
R3'=510歐姆
R4'=75歐姆
R5'=400歐姆
R6A'=5歐姆
R6B'=5歐姆
R7'=20歐姆
R8'=100歐姆
C1'=100pF
C2'=0.05uF
C3'=1000pF
C4'=10pF
L1'=390nH
L2'=5 nH
L3'=15 nH
L4'=15nH
現在應理解的是根據本揭露之振盪器包括(A)電晶體，用於在電晶體之輸出電極產生振盪輸出信號；(B)偏壓電路，用於在電晶體產生偏壓信號，該偏壓電路包括耦合至電晶體之輸出電極之放大器；及(C)電路，耦合於放大器之輸出與電晶體之控制電極之間，用於隔離藉由放大器提供之偏壓信號與振盪輸出信號。振盪器亦可包括下列特性，其中，偏壓電路包含：(a)放大器，包含：(i)耦合至輸出電極之輸入；及(ii)耦合至控制電極之輸出，用於在控制電極提供偏壓信號。
應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括(A)電晶體，用於在電晶體之輸出電極產生振盪輸出信號；(B)諧振電路，耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間；(C)dc偏壓電路，用於在電晶體之控制電極產生偏壓信號，該等偏壓電路包含：(i)電壓產生電路； (ii)差動放大器，具有：(a)耦合至第一參考電壓之第一輸入；(b)耦合至電壓產生電路之第二輸入，該等電壓產生電路於有關通過電晶體之電極之電流的差動放大器之第二輸入產生電壓；及(c)輸出，用於提供偏壓信號；其中，電壓產生電路包括第一電阻器，耦合於第一參考電壓與差動放大器之第二輸入之間；(d)電感器，耦合於差動放大器之第二輸入與電晶體之輸出電極之間；及(e)電容器，耦合於差動放大器之第一輸入與差動放大器之輸出之間；及(D)電路，耦合於放大器之輸出與電晶體之控制電極之間，用於隔離藉由放大器提供之偏壓信號與振盪信號，包含：(1)第一電阻器；(2)於節點連接至第一電阻器之第二電阻器；(3)其中，第一電阻器耦合於差動放大器之輸出與節點之間；(4)其中，第二電阻器耦合於節點與電晶體之控制電極之間；及(5)電容器耦合於節點與參考電位之間。
現在仍應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括(A)電晶體；(B)諧振電路，耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間；(C)dc偏壓電路，用於產生電晶體之偏壓信號，該等偏壓電路包含：(i)電壓產生電路；(ii)差動放大器，具有：(a)第一輸入；(b)耦合至電壓產生電路之第二輸入，該等電壓產生電路於有關於電流通過電晶體之輸出電極的差動放大器之第二輸入產生電壓；(c)輸出，用於提供偏壓信號；(D)電路，包含：(a)第一電阻器；(b)第二電阻器，於節點連接至 第一電阻器；(c)其中，第一電阻器耦合於差動放大器之輸出與節點之間；(d)其中，第二電阻器耦合於節點與電晶體之控制電極之間；及(e)電容器耦合於節點與參考電位之間。振盪器亦可包括一或更多下列特性：第二電容器耦合於節點與差動放大器之第一輸入之間；電壓源具有：耦合至電壓產生電路之一端子的一電位；及其中，參考電位為電壓源之第二電位；電壓源具有：耦合至電壓產生電路之一端子的一電位；及其中，參考電位為電壓源之第二電位。
現在應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括電晶體；第一回饋迴路，包含：諧振器電路，具有耦合至電晶體之輸出電極的輸入及耦合至電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，差動放大器之第二輸入耦合至電晶體之輸出電極；及其中，差動放大器之輸出耦合至電晶體之控制電極；及第二回饋迴路耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間。振盪器亦可包括一或更多下列特性：其中，第二回饋迴路包含電阻器及連續耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間之電容器；電感器之振盪器頻率阻塞電路對，連續連接於電晶體之輸出電極及差動放大器之第一輸入與電晶體之控制電極之間；另一振盪器頻率阻塞電路對經由諧振器電路而連續耦合於電晶體之輸出電極與電晶體之控制電極之間；其中，差動放大器之輸出經由第一電阻器及連續連接之第二電阻 器而耦合至電晶體之控制電極，第一及第二電阻器於節點連接，及其中，第二回饋迴路連接於節點與電晶體之輸出電極之間；其中，第二回饋迴路包括耦合於節點與電晶體之輸出電極之間之電容器；其中，第二回饋迴路包括耦合電容器與電晶體之輸出電極的振盪器頻率阻塞電路；電容器及振盪器頻率阻塞電路對連續連接於電晶體之輸出電極與差動放大器之第一輸入之間，及其中，第一與第二電阻器之間之節點經由電容器而耦合至連續連接之電感器對之間之節點。
應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括電晶體；再生回饋迴路，用於在具有不受歡迎的電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊的電晶體之輸出電極產生輸出振盪頻率信號；耦合於輸出電極與電晶體之控制電極之間之負回饋迴路，用於抑制輸出電極之電壓雜訊及相關不受歡迎的相位雜訊；及耦合於輸出電極與控制電極之間之電路，用於提供回饋迴路至振盪頻率，以穩定電晶體之作業，及用於耦合遠離控制電極之負回饋迴路之中間頻率至電晶體之輸出電極。振盪器亦可包括電阻器及連續耦合於負回饋迴路與電晶體之輸出電極之間之電容器。
應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括電晶體；諧振器電路，具有耦合至電晶體之輸出電極的輸入及耦合至電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至差動放大器之第一輸入的參考電壓；其中，差動放大器之第二輸入耦合至電晶體之輸出電極； 及耦合至差動放大器之輸出的電路，包含：第一電阻器，耦合於差動放大器之輸出與電晶體之控制電極之間；第二電阻器；連續耦合至第二電阻器之電容器；其中，第二電阻器及連續耦合之電容器連續連接於差動放大器之輸出與電晶體之輸出電極之間。
應理解的是根據本揭露之振盪器替代地包括電晶體；諧振器電路，具有耦合至電晶體之輸出電極的輸入及耦合至電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至差動放大器之第一輸入的參考電壓；其中，差動放大器之第二輸入耦合至電晶體之輸出電極；及耦合至差動放大器之輸出的電路，包含：耦合於差動放大器之輸出與電晶體之控制電極之間之電阻器；電容器；其中，電容器連接於差動放大器之輸出與電晶體之輸出電極之間。振盪器亦可包括一或更多下列特性：其中，電路包括於節點連續耦合至首先提及之電阻器的第二電阻器，及其中，電容器耦合於節點與輸出電極之間，包括連續耦合至電容器之第三電阻器，及其中，電容器及第三電阻器連續耦合於節點與輸出電極之間。
已說明本發明之若干實施例。然而，將理解的是可實施各式修改而未偏離本發明之精神及範圍。例如，本發明應用於結晶、SAW、LC及微波諧振振盪器，並可以不同組件實施或作為積體電路裝置。此外，電感器及電容器可以等效功能分佈式元件替代，諸如用於微波頻率之微帶傳輸線。此外，電阻器R10'可移除(即R10'=0)。因此， 其他實施例處於下列申請項之範圍。
10、10'‧‧‧振盪器
11'‧‧‧DC偏壓控制迴路
12、12'‧‧‧諧振電路
14‧‧‧dc偏壓電路
15、17'‧‧‧回饋迴路
15'‧‧‧功率分配器
16‧‧‧電壓產生電路
18、18'‧‧‧差動放大器
19‧‧‧放大器
19'‧‧‧路徑
20‧‧‧輸出
22‧‧‧端子
24‧‧‧第二端子
26‧‧‧第三端子
30、32、B、C、D、E、F‧‧‧節點
34‧‧‧電阻器除法器
C1、C1'、C2'、C3、C3'、C4、C4'、C5'‧‧‧電容器
L1、L1'、L2'、L3'、L4'‧‧‧電感器
Q1、Q1'、Q1A'、Q1B'、Q2A'、QA'‧‧‧電晶體
R1、R2、R1'、R2'、R3'、R4'、R5'、R6'、R6A'、R6B'、R7、R7'、R8'、R9'、R10'‧‧‧電阻器
R4‧‧‧第一電阻器
R5‧‧‧第二電阻器
R3‧‧‧第三電阻器
R6‧‧‧第四電阻器
圖1為根據揭露之實施例之振盪器；以及圖2為根據揭露之實施例之振盪器。
10‧‧‧振盪器
12‧‧‧諧振電路
14‧‧‧dc偏壓電路
16‧‧‧電壓產生電路
18‧‧‧差動放大器
22‧‧‧端子
24‧‧‧第二端子
30、32‧‧‧節點
34‧‧‧電阻器除法器
C1、C2、C3、C4‧‧‧電容器
L1‧‧‧電感器
Q1‧‧‧電晶體
R1、R2‧‧‧電阻器
R4‧‧‧第一電阻器
R5‧‧‧第二電阻器
R3‧‧‧第三電阻器
R6‧‧‧第四電阻器
R7‧‧‧電阻器
V1‧‧‧電壓源

Claims (13)

  1. 一種振盪器，包含：(A)電晶體；(B)諧振電路，耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之控制電極之間；(C)dc偏壓電路，用以產生用於該電晶體的偏壓信號，該等偏壓電路包含：放大器，耦合到該電晶體的該輸出電極；電阻對，串列耦合於該放大器的輸出與該電晶體的該控制電極之間；以及其中，該電阻對連接到該偏壓電路中的一節點；(D)電路，用以穩定該振盪器之作業，該電路包含：串列耦合於該偏壓電路中之該節點與該電晶體之該輸出電極之間的額外電阻器及電容器。
  2. 一種振盪器，包含：(A)電晶體；(B)諧振電路，耦合於該電晶體之輸出電極與該電晶體之控制電極之間；(C)dc偏壓電路，用以產生該電晶體之偏壓信號，該等偏壓電路包含：(i)電壓產生電路；(ii)差動放大器，具有：(a)第一輸入； (b)耦合至該電壓產生電路之第二輸入，該等電壓產生電路有關於通過該電晶體之該輸出電極的電流而於該差動放大器之該第二輸入產生電壓；(c)輸出；(iii)電路，包含：(a)第一電阻器；(b)於節點連接至該第一電阻器之第二電阻器；(c)其中，該第一電阻器耦合於該差動放大器之該輸出與該節點之間；(d)其中，該第二電阻器耦合於該節點與該電晶體之該控制電極之間，以提供該偏壓信號；以及(E)電路，用以穩定該振盪器之作業，該電路包含：串列耦合於該偏壓電路中之該節點與該電晶體之該輸出電極之間的第三電阻器及電容器。
  3. 如申請專利範圍第2項之振盪器，其中，包含該第三電阻器及該電容器的該電路具有經選擇以抑制相位雜訊的電阻及電容。
  4. 如申請專利範圍第2項之振盪器，具有：耦合於該輸出電極與該控制電極之間，用以提供回饋迴路至該振盪頻率以穩定該電晶體之作業，並用以將遠離該控制電極之負回饋迴路之中間頻率耦合至該電晶體之該 輸出電極。
  5. 一種振盪器，包含：電晶體；第一回饋迴路，包含：諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至該差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，該差動放大器之第二輸入耦合至該電晶體之該輸出電極；以及其中，該差動放大器之輸出耦合至該電晶體之控制電極；以及第二回饋迴路，耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之該控制電極之間，用以抑制該振盪器中的相位雜訊；其中，該第二回饋迴路包含串列耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之該控制電極之間之電阻器及電容器；包括串列連接於該電晶體之該輸出電極及該差動放大器之該第一輸入與該電晶體之該控制電極之間之電感器的振盪器頻率阻隔電路對。
  6. 如申請專利範圍第5項之振盪器，包括經由該諧振器電路而串列耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之 該控制電極之間之另一振盪器頻率阻隔電路對。
  7. 一種振盪器，包含：電晶體；第一回饋迴路，包含：諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至該差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，該差動放大器之第二輸入耦合至該電晶體之該輸出電極；以及第二回饋迴路，耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之該控制電極之間，用以抑制該振盪器中的相位雜訊；其中，該差動放大器之輸出經由連接之第一電阻器及串列連接之第二電阻器而耦合至該電晶體之該控制電極，該第一及該第二電阻器係於節點連接，且其中，該第二回饋迴路連接於該節點與該電晶體之該輸出電極之間；以及其中，該第二回饋迴路包括耦合於該電容器與該電晶體之該輸出電極之間之振盪器頻率阻隔電路，其中，該第二回饋迴路包括耦合於該節點與該電晶體之該輸出電極之間之電容器。
  8. 一種振盪器，包含：電晶體； 第一回饋迴路，包含：諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至該差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，該差動放大器之第二輸入耦合至該電晶體之該輸出電極；以及第二回饋迴路，耦合於該電晶體之該輸出電極與該電晶體之該控制電極之間，用以抑制該振盪器中的相位雜訊；包括電容器及串列連接於該電晶體之該輸出電極與該差動放大器之該第一輸入之間之振盪器頻率阻隔電路對，且其中，該第一與該第二電阻器之間之該節點經由該電容器而耦合至該串列連接電感器對之間之節點。
  9. 一種振盪器，包含：電晶體；再生回饋迴路，用以在具有不欲之電壓雜訊及相關不欲之相位雜訊之該電晶體之輸出電極產生輸出振盪頻率信號；耦合於該電晶體之該輸出電極與控制電極之間之負回饋迴路，用以抑制在該輸出電極之該電壓雜訊及該相關不欲之相位雜訊；以及耦合於該輸出電極與該控制電極之間之電路，用以提 供回饋迴路至該振盪頻率以使該電晶體之操作穩定，及用以耦合遠離該控制電極之該負回饋迴路中之中間頻率至該電晶體之該輸出電極。
  10. 如申請專利範圍第9項之振盪器，其中，該電路包括電阻器及串列耦合於該負回饋迴路與該電晶體之該輸出電極之間之電容器。
  11. 一種振盪器，包含：電晶體；諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；偏壓控制回饋迴路，包含：差動放大器；耦合至該差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，該差動放大器之第二輸入耦合至該電晶體之該輸出電極；以及串列耦合於該差動放大器之輸出與該電晶體之該控制電極之間的第一電阻器及第二電阻器；耦合至該節點之電路，包含：耦合於該節點之間之第三電阻器；串列耦合至該第三電阻器之電容器；其中，該第三電阻器及串列耦合之電容器係串列連接於該節點與該電晶體之該輸出電極之間。
  12. 一種振盪器，包含：電晶體； 諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；差動放大器；耦合至該差動放大器之第一輸入之參考電壓；其中，該差動放大器之第二輸入耦合至該電晶體之該輸出電極；以及耦合至該差動放大器之該輸出之電路，包含：第一電阻器；第二電阻器；其中，該第一電阻器與該第二電阻器係串列耦合於該差動放大器之該輸出與該電晶體之該控制電極之間；電容器；第三電阻器；其中，該電容器與串列耦合之第三電阻器係連接於：第一電阻器與該第二電阻器之間的節點與該電晶體之該輸出電極之間。
  13. 一種振盪器，包含：電晶體；第一電路，包含：諧振器電路，具有耦合至該電晶體之輸出電極的輸入及耦合至該電晶體之控制電極的輸出；第二電路，包含：差動放大器，耦合到該電晶體之該輸出電極；以及 第一電阻器及第二電阻器，串列耦合於該差動放大器之該輸出與該電晶體之控制電極之間；以及其中，該第一電阻器及該第二電阻器係連接至該第二電路中之節點；第三電路，耦合於該第點與該電晶體之該輸出電極之間，該第三電路包含：第三電阻器；電容器，串列耦合至該第三電阻器；其中，該第三電阻器與串列耦合之電容器係耦合於該節點與該電晶體之該輸出電極之間。
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