Теоретичне дослідження дифференційного автогенератора

Автор(и)

  • Володимир Васильович Рапин Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна http://orcid.org/0000-0002-9773-7695

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022050041

Ключові слова:

дифференциальный автогенератор, автономный режим, нелинейный анализ, эквивалентный автогенератор, полиномиальная аппроксимация

Анотація

В статье представлено исследование классической схемы дифференциального автогенератора строгими методами нелинейной теории электрических колебаний. Предложена математическая модель такого автогенератора, основанная на использовании законов Кирхгофа. Ее анализ реализован посредством перехода к модели одноконтурного LC-автогенератора, эквивалентного дифференциальному. Разработана методика такого перехода с формированием нелинейной характеристики усилительного элемента эквивалента на основе нелинейных характеристик усилительных элементов дифференциального автогенератора. Математическая модель эквивалентного автогенератора проста и точна. В случае малых значений малого параметра для ее анализа может быть использован традиционный способ, например, метод медленно меняющихся амплитуд. Для недостаточно малых величин малого параметра получены выражения, описывающие изменения амплитуды и частоты колебаний в процессе установления. Приведенные результаты будут полезными при разработке различных устройств на базе дифференциального автогенератора.

Посилання

  1. A. Hajimiri, T. H. Lee, “Design issues in CMOS differential LC oscillators,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 34, no. 5, pp. 717–724, 1999, doi: https://doi.org/10.1109/4.760384.
  2. L. B. Oliveria, J. R. Fernandes, M. M. Silva, “Analysis and design of quadrature LC oscillators,” in XXI Conference on Design of Circuits and Integrated Systems, 2006.
  3. A. . Mirzaei, M. E. Heidari, R. Bagheri, S. Chehrazi, A. A. Abidi, “The quadrature LC oscillator: a complete portrait based on injection locking,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 42, no. 9, pp. 1916–1932, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/JSSC.2007.903047.
  4. L. B. Oliveira, J. R. Fernandes, I. M. Filanovsky, C. J. M. Verhoeven, M. M. Silva, Analysis and Design of Quadrature Oscillators. Dordrecht: Springer Netherlands, 2008, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8516-1.
  5. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “Modelling and analysis of differential VCOs,” Int. J. Circuit Theory Appl., vol. 32, no. 3, pp. 117–131, 2004, doi: https://doi.org/10.1002/cta.270.
  6. A. Buonomo, “Nonlinear analysis of voltage-controlled oscillators: a systematic approach,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 55, no. 6, pp. 1659–1670, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2008.917996.
  7. S. Daneshgar, O. De Feo, M. P. Kennedy, “Observations concerning the locking range in a complementary differential LC injection-locked frequency divider—Part I: qualitative analysis,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 57, no. 1, pp. 179–188, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2009.2018930.
  8. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “Finding the tuning curve of a CMOS—LC VCO,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 55, no. 9, pp. 887–891, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2008.923422.
  9. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “A nonlinear analysis of differential LC injection-locked frequency dividers,” in 2011 20th European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD), 2011, pp. 242–245, doi: https://doi.org/10.1109/ECCTD.2011.6043327.
  10. M. I. Ionita, D. Cordeau, J. M. Paillot, M. Iordache, “Analysis and design of an array of two differential oscillators coupled through a resistive network,” in 2011 20th European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD), 2011, pp. 73–76, doi: https://doi.org/10.1109/ECCTD.2011.6043612.
  11. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “Analytical approach to the study of injection-locked frequency dividers,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 60, no. 1, pp. 51–62, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2012.2215716.
  12. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “The effect of parameter mismatches on the output waveform of an LC-VCO,” Int. J. Circuit Theory Appl., vol. 38, no. 5, pp. 487–501, 2009, doi: https://doi.org/10.1002/cta.580.
  13. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “Modeling, analysis, and experimental validation of frequency dividers with direct injection,” J. Electr. Comput. Eng., vol. 2013, pp. 1–7, 2013, doi: https://doi.org/10.1155/2013/365692.
  14. A. Buonomo, M. P. Kennedy, A. Lo Schiavo, “On the synchronization condition for superharmonic coupled QVCOs,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 58, no. 7, pp. 1637–1646, 2011, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2011.2123370.
  15. T. Djurhuus, V. Krozer, J. Vidkjaer, T. K. Johansen, “Nonlinear analysis of a cross-coupled quadrature harmonic oscillator,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 52, no. 11, pp. 2276–2285, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2005.853586.
  16. A. Buonomo, A. Lo Schiavo, “Divide-by-three injection-locked frequency dividers with direct forcing signal,” J. Electr. Comput. Eng., vol. 2013, pp. 1–9, 2013, doi: https://doi.org/10.1155/2013/145314.
  17. N. Henngam, J. Mahattanakul, “Analysis of voltage imbalance in double differential pairs LC oscillator,” in 2019 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS), 2019, pp. 157–160, doi: https://doi.org/10.1109/APCCAS47518.2019.8953141.
  18. A. Bhat, N. Krishnapura, “Low 1/f3 phase noise quadrature LC VCOs,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 65, no. 7, pp. 2127–2138, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2017.2782247.
  19. M. Bagheri, “Design techniques in CMOS LC quadrature oscillators for broadband applications,” 2018. uri: https://escholarship.org/uc/item/1d38n45w.
  20. S.-Y. Lee, C.-J. Chiu, H.-Y. Lee, “Systematic analysis of quadrature VCO with capacitive source degeneration coupling and spontaneous transconductance matching techniques,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 66, no. 4, pp. 517–521, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2018.2862150.
  21. X. Ding, H. Yu, B. Yu, Z. Xu, Q. J. Gu, “A superharmonic injection based G-band quadrature VCO in CMOS,” in 2020 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 2020, pp. 345–348, doi: https://doi.org/10.1109/IMS30576.2020.9223816.
  22. A. Zhou, X. Ding, C. C. Boon, L. Siek, Y. Liang, Y. Dong, “A low-power quadrature LO generator with mutual power-supply rejection technique,” IEEE Access, vol. 9, pp. 137241–137248, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3116160.
  23. А. А. Харкевич, Нелинейные и Параметрические Явления в Радиотехнике. Москва: ГИТТЛ, 1956.
  24. В. В. Рапин, “Решение укороченных уравнений синхронизированного автогенератора,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 6, pp. 335–348, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019060037.
Принципиальная схема исследуемого автогенератора

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-05-22 — Оновлено 2022-05-22

Як цитувати

Рапин, В. В. (2022). Теоретичне дослідження дифференційного автогенератора. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(5), 309–319. https://doi.org/10.20535/S0021347022050041

Номер

Том 65 № 5 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка