壓控振盪器參數介紹

壓控振盪器對於雜訊與溫度影響相當敏感，會使振盪器的輸出訊號在振幅、

相位甚至頻率上產生改變，產生於振幅調變(Amplitude Modulation)、相位調變 (Phase Modulation)及頻率調變(Frequency Modulation)中的雜訊。而振盪器輸出的 振幅，被溫度以及雜訊的影響程度較小，並且會在非常短的時間之內趨於穩定，

故在以下討論中，可忽略振幅調變雜訊。至於輸出相位的變動，會受相位調變雜 訊及頻率調變雜訊所影響，此即定義為相位雜訊(Phase Noise)。圖 3.11 可以在頻 譜上的看出相位雜訊對振盪器的影響。圖 3.11(a)為理想的振盪源輸出，即是一相 當乾淨的單頻頻率訊號，但在實際振盪器情形中，如圖 3.11(b)所示，在以輸出 頻率也就是載波頻率 f_c為中心，隨著逐漸增大Δf 位移量(Offest)，產生向下遞減 的雜訊，最後趨於熱雜訊的雜訊階級，此「裙帶」狀的雜訊，即為相位雜訊貢獻。

相位雜訊被定義成為「在Δf 位移處，其 1 Hz 頻寬的雜訊量，除以輸出頻率功率」， 如(3.4)所示[6]。

f Output Power

fC

P

f Output Power

f f_C fC

Hz 1

) ( f L 

P

圖 3.11(a)理想振盪器輸出頻譜 圖 3.11(b)實際振盪器輸出頻譜

1 @

{ } Hz Bandwidth Noise Power f

L f

Carrier Power

 

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相位雜訊在接收機中的影響甚大，雷達接收機是利用混頻器，將物體反射之 回波與本地振盪源混頻，將回波訊號降至低頻，以利 ADC 以及 DSP 電路處理。

倘若在回波的頻率(f_o)附近，存在一功率極高的干擾訊號(f_Interfere)，如圖 3.13(a)所 示，如此一來在降頻之後，此干擾訊號因相位雜訊的裙帶，很有可能蓋過回波訊 號，或是造成訊雜比(Signal to Noise Ratio, SNR)強烈惡化(圖 3.13(b))，將使車用 雷達偵測功能受限。

f fO f_Interfere fLO

fIF

Output Power

fIF f_Interfere' f

圖 3.12(a) 受干擾訊號之示意圖 圖 3.12(b) 混頻器降頻後結果 相位雜訊的分析，普遍來講有兩種經典模型，一為 Lesson 於 1966 年所提出 的非時變模型[5]，如(3.5)所示。二為時變模型[6]，由 Hajimiri 於 1998 年提出，

如(3.6)、(3.7)所示，分別對應到

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3.1.2.3 調頻範圍

LC 共振腔壓控振盪器的調頻範圍(Tuning Range)主要取決於變容二極體 (Varactor)的大小，若是變容二極體尺寸挑選大尺寸，則可變電容值較大，可以調 但是過大的可變電容值，將會造成整體電容品質因素(Quality Factor, Q)下降 [7]，如(3.10)所示。

20 質因素成反比，造成調頻範圍與相位雜訊為互相取捨(Trade Off)的關係，在電路 設計上必頇以實際系統應用來考量。

調頻範圍尚會受其他因素影響，而這些影響是不被預期的，電路設計上希望 能夠避免此類影響。其中一種因素是電路寄生電容的改變，當電晶體的直流偏壓 改變，其寄生電容(主要為接面電容 C_gs)大小也會跟著變動，此現象稱為推頻效 應(Pushing Effect)。解決的方法可以使用較穩定的偏壓電路，如 Band-Gap 偏壓 電路，讓直流偏壓穩定。第二種因素為負載拉頻效應(Loading Pulling Effect)，其 負載電路若是改變的話，振盪器的核心共振腔所看到的阻抗也會跟著變化，故其

Oscillation Amplitude Phase Noise

M,

I Bias Current

圖 3.13 偏壓電流與相位雜訊及輸出振幅關係

21 (3.14)~(3.16)代入(3.13)後，可得到(3.17)，如下所示。

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ox Tank

V C