王 东,陈 岚,吕志强,冯 燕

(中国科学院微电子研究所,北京 100029)



基于非线性扰动分析的振荡器相位噪声研究*

王 东*,陈 岚,吕志强,冯 燕

(中国科学院微电子研究所,北京 100029)

介绍了Jayanta Mukherjee的振荡器相位噪声理论,该理论基于非线性扰动分析,利用数值解析与电路参数相结合的方式对相位噪声进行研究,分析了不同种类噪声源的影响。设计了理想振荡器和交叉耦合差分压控振荡器进行电路验证分析。把数值解析得到的相位噪声与实际电路仿真结果进行比较,验证了非线性扰动分析在相位噪声研究中的有效性,进一步揭示了相位噪声的物理含义。

振荡器;相位噪声;非线性扰动;数值解析

相位噪声是衡量振荡器性能的关键参数,对相位噪声的描述和建模一直是研究的难点,比较典型的研究方法包括线性时不变LTI(Linear Time Invariant)、线性时变LTV(Linear Time Varying)和非线性扰动分析。

基于LTI理论,Leeson提出了相位噪声的经验公式[1],Rael给出了振荡器各部分对相位噪声的影响[2]。Hajimiri和Lee T H应用LTV方法解释了噪声源转化为相位噪声的机制[3-4]。

非线性扰动分析方法把相位噪声定义为随机过程,利用数值解析方法研究相位噪声。例如,Demir从状态空间和相位平面的角度,用相位变化和轨道偏离描述振荡器的输出响应[5-7]。但是,Demir提出的数值解析模型与实际电路的直接关联性较小,没有用简单易测的参数描述相位噪声,缺乏对电路设计的有效指导。

基于非线性扰动分析方法,Jayanta Mukherjee建立了相位噪声的电路解析模型[8-10]。为方便起见,把Jayanta Mukherjee的相位噪声理论称之为JM模型。……