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.

Біографія автора

Володимир Васильович Рапин, Харківський національний університет радіоелектроніки

Информационно сетевая инженерия, профессор

Посилання

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

M. Bagheri, “Design techniques in CMOS LC quadrature oscillators for broadband applications,” 2018. uri: https://escholarship.org/uc/item/1d38n45w.

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.

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.

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.

А. А. Харкевич, Нелинейные и Параметрические Явления в Радиотехнике. Москва: ГИТТЛ, 1956.

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

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.