关于class-c vco的基础理论(一)
初学者记录自己的学习情况
本贴主要是基于论文(Class-C Harmonic CMOS VCOs, With a General Result on Phase Noise,可以去我的主页下载)的翻译和总结
图片添加比较麻烦,可以直接下载word文档以及参考论文,欢迎讨论
希望给后来的初学者一点帮助
Class-C Harmonic CMOS VCOs
Class c 加了反馈k(降低Vbias),
尾电流源和尾电容(容纳寄生电容 并保证饱和区 同时滤去高频噪声,允许大尺寸的MT)
好处,
小的导通角导致了脉冲电流,造成了直流电流转化为基波电流的效率,理论上相同的dc电流,可以提高3.9db相噪,或者同样的相噪水平,节约36%的电流
反馈网络使栅端电压的偏置小于谐振腔共模电压,更难导通
Class-C Harmonic CMOS VCOs, With a General
Result on Phase Noise
- 3.9db的幅度提高,相同相噪,更少电流
- 尾电流源抑制,无寄生节点
- 时变相噪方程 时变振荡器稳定性分析
- 证明一个通用的振荡器相噪方程
设计核心1.大的尾电容2.核心晶体管工作在饱和区?3.dc配置可移动,大的振荡幅度。 是colpitts和lc tank的结合
Class c也会对幅度不稳定,提出稳定结构
Section 2 从colpitts不断改进,演变为类似于lc振荡器的过程
Section 3 对比普通差分对和classc
结论一:核心晶体管的等效噪声只和谐振腔泄露和振荡器拓扑有关(即在何处注入电流以及反馈多少控制电压)
Class c结构
加了反馈k,尾电流源和尾电容
s端电压不变,反馈使栅端电压下降,vgs直流电压下降,则更难导通
导通角大幅下降,基频电流变大,基频电压幅度变大
同时噪声注入的时间下降
有利于噪声
如不能保证其工作在饱和区,优势不再存在吗,相噪甚至更加恶化
- 基波电流摆幅下降,振荡器摆幅下降,谐振腔Q 未下降
- 相噪恶化源于有效噪声的增加
大幅增加的有效ism
尾电容对普通lc振荡器不好,但对class c 型有效,建立脉冲型电流,保证mos在饱和区,但是浅入线性区并不会造成相噪大幅恶化(section 5)
- 大的尾电容让源端电压稳定,提供额外电流,避免进入线性区
振幅受限
正常差分lc振荡器:
考虑速饱,小的vsat意味着更大的振幅(比class c大)
但Vsat不能选很小的
1、为了避免1/f^2噪声,尾电流源跨导要小,意味着大的过驱动电压,和大大的Vsat
2、为了避免1/f噪声引起的1/f^3噪声,尾电流源的长要远大于最小尺寸,那么宽也要变大
但是为了避免大的寄生电容,又需要小的w,即寄生电容(小)和Vsat(小)进行妥协
结论
Classc 无需考虑这些,大的尾电容滤除高频噪声,同时也在共源节点上容纳所有寄生电容(包括漏栅,漏衬电容),可以放一个长的vsat小于100mv的尾电流源
对比两者,相同的电压摆幅,class c消耗更少的电流,同时没有寄生节点
Section 4 幅度稳定性
如尾电容过大,会出现近正弦波低频幅度调制,继续增大则 squegging
介绍方法来估算保证稳定性的最大尾电容
幅度稳定性分析流程:计算小信号边带调频的环路增益,应用巴克豪森条件
(相位180时,幅度增益大于1)
Section 5
由于速度饱和效应,较低的漏端电压,浅入线性区,相噪不会大幅恶化
栅端偏置电压可以很低,来保证足够的摆幅
实现两种基于rc与变压器的class c
附录1
具体推导等效噪声,普遍情况
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