内容概要：本文介绍了LC_VCO（电感电容压控振荡器）的基本原理、电路结构、仿真方法及设计实践，适用于锁相环（PLL/CPPLL）系统中的高频信号生成。内容涵盖电感与电容的关键参数（如Q值、Rs、Rp、阻抗特性）、四种电路结构（N型、P型、NP互补型、带/不带尾电流源）、多种工艺库支持（tsmc18rf、smic55、tsmc65），以及1.8V/3.3V供电下2.4GHz或4.8GHz中心频率的设计目标，相位噪声低于-110dBc/Hz，功耗低于10mW。提供完整testbench、仿真公式、参数设置教程和参考PDF文档，便于新手逐步掌握仿真与优化流程。 适合人群：具备基本模拟电路知识的电子工程专业学生、射频集成电路初学者及工作1-3年的硬件研发人员。 使用场景及目标：①学习LC_VCO在PLL中的核心作用；②掌握电感电容建模与高频仿真方法；③实践不同结构与工艺下的性能对比；④完成低功耗、低相位噪声振荡器的设计验证。 阅读建议：建议结合提供的testbench进行实操仿真，先从单元件L/C特性入手，再逐步过渡到完整电路仿真，配合参考文档理解参数影响与优化策略。

PSRR仿真教程：使用Cadence psspxf对分频器和环形压控振荡器电路进行PSRR仿真测量，提升电路对噪声源的免疫力,PSRR 仿真教程， 怎么仿真电路的psrr？ [1]两个电路案例，一个是16分频的分频器； [2]一个是250MHz的环形压控振荡器； 仿真方法是用Cadence的psspxf。 PSRR的测量对于改善对噪声源的免疫力很重要； 如电源涟漪由于干扰或系统的数字部分。 同样的方法也被用来测量通过其深层耦合的基底噪声的影响。 ,PSRR仿真教程; 仿真电路的PSRR; 两个电路案例; 16分频分频器; 250MHz环形压控振荡器; Cadence的psspxf仿真方法; PSRR的测量; 电源涟漪干扰; 系统数字部分影响; 基底噪声影响。,"Cadence下PSRR仿真教程：16分频分频器与250MHz环形振荡器案例详解"

LC正弦振荡器是一种能够产生正弦波信号的电路，其主要原理是利用电感(L)和电容(C)的谐振特性来维持持续的电磁振荡。在这个实验中，我们将关注一种特殊的LC振荡器——电容三段式西勒振荡器。 一、LC正弦振荡器的基本原理 正弦振荡器的核心是满足谐振条件的LC回路，即电感和电容的串联或并联组合，当电感和电容的乘积等于信号频率的平方乘以真空介电常数和磁导率时，电路达到谐振状态。在这种状态下，电路能够储存和释放能量，从而产生稳定的振荡。 二、电路设计 本实验设计了一个电容三段式西勒振荡器，其中电容被分成了三个部分：C1、C2和C3。选择这样的配置是为了调整电路的谐振频率，并实现稳定的振荡。根据题目要求，设计的中心频率为10MHz。通过计算，选取了14.7μH的电感L和特定值的电容，分别是627pF、330pF和330pF。反馈系数（即电压增益）的设定也对振荡器的工作状态至关重要，它决定了电路能否稳定振荡。 三、电路仿真 在Multisim仿真软件中，模拟了电路的行为，通过示波器观察到输出的波形，并使用频率计测量了实际的输出频率。这一步骤验证了理论计算的准确性，并允许我们观察到实际操作中可能存在的偏差。 四、实验讨论 1. 频率偏差：实际测量的频率低于估算值，可能是忽略了电容误差或者环境温度变化对电容值的影响。 2. 反馈系数与频率的关系：反馈系数越大，振荡频率会降低，当超过一定阈值时，可能会导致振荡器停止振荡。 3. 振荡条件：满足2nφ=π∑，且放大反馈因子AF大于1，是振荡器能够稳定工作的必要条件。 4. 电压与负载的影响：电压提供静态工作点，不足会导致频率下降甚至停振；负载对放大倍数有影响，过小可能导致无法满足起振条件。 5. 电路类型与频率稳定性：不同的电路结构（如电容三段式、席勒振荡器、晶振电路）和环境因素（如温度）都会影响晶体振荡器的频率稳定性。 6. 测量技巧：在电路输出端添加隔离器可以防止停振，同时调节GATE TIME以获取更精确的频率读数。 通过这个实验，学生不仅能了解LC正弦振荡器的工作原理，还能掌握其设计和调试方法，对电路参数的选择以及环境因素的影响有深入的理解。这种实践经验对于提升电子工程专业学生的实践能力和理论知识的结合至关重要。

随着移动通信技术的发展，射频(RF)电路的研究引起了广泛的重视。采用标准CMOS工艺实现压控振荡器(VCO),是实现RF CMOS集成收发机的关键。过去的VCO电路大多采用反向偏压的变容二极管作为压控器件，然而在用实际工艺实现电路时，会发现变容二极管的品质因数通常都很小，这将影响到电路的性能。于是，人们便尝试采用其它可以用CMOS工艺实现的器件来代替一般的变容二极管，MOS变容管便应运而生了。 【新型MOS变容管的射频振荡器设计】是现代移动通信技术中的关键环节，因为射频（RF）电路对于实现高效的RF CMOS集成收发机至关重要。传统的压控振荡器（VCO）通常依赖于反向偏压的变容二极管作为压控元件，但这种二极管的品质因数低，限制了电路性能。为了解决这个问题，研究者们发展了MOS变容管。 MOS变容管是通过将MOS晶体管的漏极、源极和衬底短接形成的一种新型电容，其电容值能够根据栅极与衬底之间的电压VBG变化而改变。在PMOS电容中，当VBG大于阈值电压绝对值时，电容工作在强反型区域，而在VG大于衬底电压VB时，电容工作在积累区。在这个过程中，栅氧化层与半导体之间的界面电压为正，允许电子自由移动，导致电容值增大。在不同的工作区域内，电容值会有变化，这主要由耗尽区域电容Cb和界面电容Ci共同决定。 在设计中，有两种主要类型的MOS变容管：反型和积累型。反型MOS变容管工作在强、中和弱反型区，不进入积累区，因此具有较宽的调谐范围。而积累型MOS变容管通过抑制空穴注入，仅工作在耗尽区和积累区，这提供了更大的调谐范围和更低的寄生电阻，从而提高品质因数。积累型MOS变容管的制作可以通过去除漏源结的p掺杂，用n掺杂衬底接触来实现，这降低了寄生电阻且无需额外的工艺流程。 在VCO的电路设计中，通常采用对称CMOS结构，以减少振荡时电位变化对变容管电容值的影响，提高频谱纯度。电感需要与变容管匹配，并且使用大型的片内集成电感和积累型MOS变容管组成的LC振荡回路，尽管损耗较高，但通过增大负跨导可以维持振荡。为了保证起振和等幅振荡，耦合晶体管需要较大的宽长比，但这也带来了更大的寄生效应。设计通常基于特定的半导体工艺，例如TSMC的0.35μm锗硅射频工艺模型PDK，使用三层金属构造平面螺旋八边形电感。 在实际应用中，VCO的振荡频率取决于选取的电感值和变容管的电容调谐范围。通过优化这些参数，可以设计出满足特定需求的高性能射频振荡器，服务于现代通信系统。

引言 随着移动通信技术的发展，射频(RF)电路的研究引起了广泛的重视。采用标准CMOS工艺实现压控振荡器(VCO)，是实现RF CMOS集成收发机的关键。过去的VCO电路大多采用反向偏压的变容二极管作为压控器件，然而在用实际工艺实现电路时，会发现变容二极管的品质因数通常都很小，这将影响到电路的性能。于是，人们便尝试采用其它可以用CMOS工艺实现的器件来代替一般的变容二极管，MOS变容管便应运而生了。 MOS变容管 将MOS晶体管的漏，源和衬底短接便可成为一个简单的MOS电容，其电容值随栅极与衬底之间的电压VBG变化而变化。在PMOS电容中，反型载流子沟道在VBG大于阈值电压绝对值时建立， 射频识别技术（RFID）在现代通信领域中扮演着重要的角色，而射频压控振荡器（VCO）是RFID系统的核心组件之一。VCO的主要功能是产生可调频率的射频信号，其性能直接影响RFID系统的稳定性和效率。在RFID技术中的VCO设计中，传统上常使用反向偏压的变容二极管作为压控元件，但由于实际工艺限制，变容二极管的品质因数低，导致电路性能受到影响。 为解决这一问题，人们开始探索使用CMOS工艺实现的替代器件，MOS变容管应运而生。MOS变容管是通过将MOS晶体管的漏极、源极和衬底短接，形成一个电容，其电容值可以根据栅极与衬底间的电压VBG的变化而改变。在PMOS变容管中，当VBG超过阈值电压的绝对值时，反型载流子沟道建立，从而改变电容值。当VBG远大于阈值电压时，PMOS工作在强反型区域，此时电容值接近氧化层电容Cox。 MOS变容管的工作状态包括强反型区、中反型区、弱反型区、耗尽区和积累区。在积累区，当栅电压VG大于衬底电压VB时，电容工作在正电压下，允许电子自由移动，电容值相应增大。在不同的工作区域内，电容值和沟道电阻都会发生变化，影响VCO的性能。 为了获得单调的调谐特性，有两种策略可以采用。一是避免MOS晶体管进入积累区，通常通过将衬底与电源电压Vdd短接来实现。另一种方法是使用只在耗尽区和积累区工作的MOS器件，以获得更宽的调谐范围和更低的寄生电阻，从而提高品质因数。积累型MOS变容管通过消除空穴注入沟道来实现，这可以通过移除漏源结的p+掺杂并添加n+掺杂的衬底接触来达成。 在设计VCO电路时，采用对称CMOS结构可以减小电位变化对变容管电容值的影响，提高频谱纯度。电感的匹配也很关键，通常采用双电感对称连接。由于集成电感和MOS变容管的损耗，需要较大的负跨导来维持振荡，确保等效负跨导的绝对值大于维持等幅振荡所需的跨导。 基于积累型MOS变容管的射频压控振荡器设计是RFID技术中提高性能和效率的一种创新方法。它利用CMOS工艺的优势，解决了传统变容二极管的局限性，为RFID系统提供了更优的射频信号源。通过精细的设计和仿真，可以优化VCO性能，提升整个RFID系统的可靠性和效率。

### 晶体振荡器电路+PCB布线设计指南 #### 一、石英晶振的特性及模型 石英晶振作为一种重要的频率控制组件，广泛应用于各种电子设备中，尤其是在微控制器系统中扮演着核心角色。石英晶体本质上是一种压电器件，能够将电能转换成机械能，反之亦然。这种能量转换发生在特定的共振频率点上。为了更好地理解石英晶振的工作原理，可以将其等效为一个简单的电路模型。 **石英晶体模型**： - **C0**：等效电路中与串联臂并接的电容（并电容），其值主要由晶振尺寸决定。 - **Lm**：动态等效电感，代表晶振机械振动的惯性。 - **Cm**：动态等效电容，代表晶振的弹性。 - **Rm**：动态等效电阻，代表电路内部的损耗。 晶振的阻抗可以用以下方程表示（假设 Rm 可以忽略）： \[ Z = jX \] 其中 X 是晶振的电抗，可以表示为： \[ X = \frac{1}{\omega C_m} - \omega L_m \] 这里 ω 表示角频率。 - **Fs**：串联谐振频率，当 \( X = 0 \) 时，有 \[ Fs = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_mC_m}} \] - **Fa**：并联谐振频率，当 \( X \) 趋于无穷大时，有 \[ Fa = \frac{1}{2\pi\sqrt{\left(\frac{1}{\omega^2C_0} + \frac{1}{\omega^2C_m}\right)L_m}} \] 在 Fs 和 Fa 之间（图2中的阴影部分），晶振工作在并联谐振状态，呈现出电感特性，导致大约 180° 的相位变化。这个区域内晶振的频率 \( FP \)（负载频率）可以通过下面的公式计算： \[ FP = \frac{1}{2\pi\sqrt{\left(\frac{1}{\omega^2C_0} + \frac{1}{\omega^2C_m}\right)\left(L_m + \frac{1}{\omega^2C_L}\right)}} \] 通过调节外部负载电容 \( CL \)，可以微调振荡器的频率。晶振制造商通常会在产品手册中指定外部负载电容 \( CL \) 的值，以便使晶振在指定频率下振荡。 **等效电路参数实例**：以一个晶振为例，其参数为 Rm = 8Ω，Lm = 14.7mH，Cm = 0.027pF，C0 = 5.57pF。根据上述公式，可以计算得出 Fs = 7988768Hz，Fa = 8008102Hz。如果外部负载电容 CL = 10pF，则振荡频率为 FP = 7995695Hz。为了使其达到 8MHz 的标称振荡频率，CL 应该调整为 4.02pF。 #### 二、振荡器原理 振荡器是一种能够自行产生周期性信号的电路。在电子学中，振荡器被广泛用于生成稳定的时钟信号、射频信号等。对于微控制器来说，一个稳定且准确的时钟信号至关重要，因为它直接影响到系统的性能和可靠性。 **振荡器的基本组成**： - **放大器**：用于放大信号。 - **反馈网络**：提供正反馈使得信号循环。 - **滤波器**：用于选择特定频率范围内的信号。 **振荡器工作条件**： 1. **巴克豪森准则**：振荡器必须满足巴克豪森准则，即环路增益必须等于 1（或 0dB），并且环路总相移必须为 360° 或 0°。 2. **足够的相位裕量**：为了保证振荡器的稳定性，系统需要有足够的相位裕量。 3. **足够的幅度裕量**：振荡器还必须有足够的幅度裕量，以确保即使在温度变化、电源电压波动等情况下也能保持稳定的振荡。 #### 三、Pierce 振荡器 Pierce 振荡器是一种常见的振荡器电路，特别适用于使用石英晶振作为频率控制元件的场合。它通过一个晶体与两个电容器（C1 和 C2）连接构成，晶体的并联谐振频率决定了振荡器的频率。Pierce 振荡器的优点在于其频率稳定性高、振荡频率受温度变化的影响较小。 **Pierce 振荡器设计要点**： 1. **反馈电阻 RF**：反馈电阻用于设定振荡器的增益，确保振荡器能够启动并维持振荡。RF 的值通常较小，以保证足够的增益。 2. **负载电容 CL**：负载电容对振荡器的频率有直接影响。选择合适的 CL 值可以微调振荡频率，并确保其符合设计要求。 3. **振荡器的增益裕量**：增益裕量是指振荡器工作时的增益与其稳定振荡所需最小增益之间的差值。较高的增益裕量可以提高振荡器的稳定性。 4. **驱动级别 DL 外部电阻 RExt 计算**：驱动级别指的是振荡器向晶振提供的电流水平。过高的驱动可能会损害晶振，因此需要计算合适的 RExt 来限制驱动电流。 5. **启动时间**：启动时间是指振荡器从开启到稳定输出所需的时间。合理的电路设计可以缩短启动时间。 6. **晶振的牵引度 Pullability**：晶振的牵引度是指晶振频率受外部电容变化的影响程度。低牵引度意味着晶振对外部扰动不敏感，更加稳定。 #### 四、挑选晶振及外部器件的简易指南 在选择晶振及外部器件时，需要考虑多个因素，包括振荡频率、负载电容、温度稳定性等。 **晶振选择指南**： - **振荡频率**：确保晶振的标称频率与所需频率匹配。 - **负载电容**：选择与设计相匹配的负载电容值。 - **温度稳定性**：根据应用环境选择具有合适温度稳定性的晶振。 - **封装类型**：根据 PCB 布局选择合适的封装形式。 **外部器件选择指南**： - **电容器**：选择合适的电容值以实现精确的频率微调。 - **电阻器**：选择适当的电阻值以确保足够的反馈和增益。 #### 五、关于 PCB 的提示 PCB 设计对于振荡器的性能同样至关重要。良好的 PCB 设计可以减少信号干扰，提高振荡器的稳定性。 **PCB 设计要点**： 1. **布局**：合理布局晶振及其周边元件，尽量减小引线长度，避免形成寄生效应。 2. **接地**：确保良好的接地以减少噪声干扰。 3. **去耦电容**：在电源线上添加去耦电容，以减少电源噪声对振荡器的影响。 4. **隔离**：对于高频振荡器，应采取措施将振荡器与其它电路隔离，减少相互间的干扰。 #### 六、结论 通过对石英晶振特性的深入分析以及 Pierce 振荡器的设计要点介绍，我们可以看出，一个稳定可靠的振荡器不仅需要精心选择晶振和外部器件，还需要进行细致的 PCB 设计。只有综合考虑所有因素，才能设计出高性能的振荡器电路。此外，本应用指南还提供了针对 STM32 微控制器的一些建议晶振型号，有助于工程师们快速上手设计。希望这些信息能够帮助您在实际设计中取得成功。

CMOS（互补金属氧化物半导体）与非门振荡器是一种常见的数字电路，它利用了CMOS器件的特性来产生周期性的电压变化，即振荡。这种振荡器在电子设备中扮演着至关重要的角色，因为它们是时钟信号的来源，为许多系统提供了基本的定时参考。 我们要理解CMOS与非门的基本结构和工作原理。CMOS门电路由N沟道和P沟道MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成。在与非门中，当输入为高电平时，P沟道MOSFET导通，N沟道MOSFET截止；反之，当输入为低电平时，N沟道MOSFET导通，P沟道MOSFET截止。这种互补的工作模式使得电路在任意时刻只有一个MOSFET导通，从而降低了静态电流消耗，提高了效率。 振荡器的构建通常基于负反馈机制，即电路的输出被馈送到其输入，以保持稳定状态。在CMOS与非门振荡器中，这个负反馈过程是由门电路内部的电容和外部的电阻网络共同实现的。振荡器的频率取决于这些元件的值以及CMOS器件的特性。 有几种常见的CMOS与非门振荡器类型，包括简单环形振荡器、电荷泵振荡器和多谐振荡器。简单环形振荡器是最基础的，它由几个与非门构成一个闭合的反馈环，其中的电容通过门的输入电容和负载电容进行充放电，形成振荡。电荷泵振荡器则利用与非门的开关特性，将电荷存储和释放，形成振荡。多谐振荡器，如555定时器，可以产生特定频率的方波输出，其振荡频率由内部的电压分压器和外部电容决定。 CMOS与非门振荡器的应用非常广泛，包括但不限于以下场景： 1. 时钟发生器：在微处理器和数字逻辑系统中，提供基准时钟信号。 2. 传感器信号处理：用于驱动传感器的内部电路，如温度传感器或压力传感器。 3. 无线通信：在射频（RF）电路中，作为本地振荡器产生调制和解调所需的信号。 4. 声音产生：在音频应用中，可以生成不同频率的声音波形。 5. 自动化控制：在自动控制系统中，作为定时器或触发器。 文件"CMOS与非门振荡器原理及应用"可能详细探讨了这些主题，包括电路设计、参数计算、性能分析以及实际应用案例。深入学习这一内容将有助于理解和设计自己的CMOS振荡器电路，对于电子工程师和爱好者来说具有很高的价值。

在高频电子线路的研究与应用中，正弦波振荡器扮演着至关重要的角色。它不仅是无线电通信、雷达系统、音频设备等领域不可或缺的基础元件，也是深入理解电子线路振荡原理和信号处理技术的实验工具。本实验旨在通过使用Multisim软件对正弦波振荡器进行仿真，达到加深理解正弦波振荡器工作原理及其设计方法的目的。 正弦波振荡器的原理基于振荡回路的反馈机制，通过正反馈维持电路的持续振荡。在理想条件下，振荡器能够产生一个幅度稳定、频率单一的正弦波信号。根据振荡器所用放大器的不同，可以分为晶体管振荡器、运算放大器振荡器等多种类型。在本实验中，学生将接触到Colpitts振荡器和Hartley振荡器等经典电路结构，并通过Multisim软件对这些电路进行模拟，观察振荡的建立过程和稳态特性。 Multisim是一款由National Instruments公司开发的电路仿真软件，它提供了丰富的电子元件库和分析工具，能够对电路进行详尽的模拟和测试。Multisim软件不仅支持基本的电路仿真，还具备对高频电路进行复杂分析的能力，如时域和频域的模拟，噪声分析，温度变化分析等。利用Multisim进行高频电子线路实验，可以避免在实际操作中可能遇到的电路损坏和安全风险，同时节约了实验成本。 在进行正弦波振荡器实验时，学生首先需要熟悉Multisim软件的操作界面和仿真流程。然后，根据实验指导书的要求，搭建相应的电路模型，并对电路中的关键元件如电容器、电感器、晶体管等进行参数设定。在仿真运行后，学生需要分析振荡器的启动过程、振荡频率和振荡幅度，并通过改变电路参数来观察对振荡特性的影响。此外，学生还需学习如何使用Multisim的测量工具对电路性能进行定量分析。 实验过程中，学生应关注振荡器的稳定性和振荡条件。振荡条件通常由Barkhausen准则给出，即环路增益乘以环路相移必须等于1，并且相移为360度的整数倍。学生需要通过调整电路参数来满足这一条件，从而实现稳定振荡。实验中可能遇到的问题包括振荡幅度不足、频率偏移或振荡无法建立等，这些都需要学生通过观察和调试电路来解决。 正弦波振荡器实验（Multisim仿真）不仅加深了对正弦波振荡器基本工作原理的理解，而且通过实际操作增强了学生对高频电子线路设计和分析的能力。该实验对培养学生解决实际电路问题的能力具有重要的教学意义，同时也是电子工程及相关专业学生在学习过程中不可或缺的重要一环。

1、进一步学习掌握正弦波振荡器的相关理论 2、掌握LC三点式振荡器的基本原理，熟悉各元器件的基本功能； 3、理解静态工作点和回路电容对振荡器的影响 4、加深对LC振荡器频率稳定度的理解。

应用新的温度补偿方法研制了100. 450 MHz五次泛音温度补偿晶体振荡器，该振荡器由450 kHz陶瓷振荡器，100 MHz五次泛音晶体振荡器，混频器，晶体滤波器组成。450 kHz陶瓷振荡器的输出频率与100 MHz晶体振荡器的输出频率混频，滤波，取其和频。直接利用450 kHz陶瓷振荡器输出频率对100 MHz晶体振荡器进行温度补偿。实验结果表明，在。 -700C该振荡器的频率－温度稳定度＜17X 10-，初步测量相位噪声为一119 dBc)1 kHz.