Low phase noise oscillator design and simulation using large signal analysis and low frequency feedback networks

Sinyal üreteçlerinin spektral temizliği, ticari ve askeri elektronik sistemlerin başarımı üzerinde etkili bir faktördür. Gittikçe artan çalışma frekanslarında daha geniş bantlı, daha yüksek veri aktarım hızlarına sahip ve daha karmaşık modülasyon yöntemleri kullanan haberleşme, telekomünikasyon, radar ve Elek- tronik Harp sistemlerinin gerçeklenmesi; ancak düşük faz gürültülü sinyal kay- naklarının kullanılmasıyla mümkün olabilmektedir. Sinyal kaynaklarının faz gürültüsü, halen çok iyi anlaşılabilmiş bir alan değildir. Analitik modeller mevcut sinyal kaynaklarının faz gürültüsü özelliklerini isabetle hesaplayabilirken; düşük faz gürültülü sinyal üreteci tasarımında esas alınabilecek, genelleştirilebilir ve yinelenebilir bilgi sağlayan bir yöntem veya model önerilmemiştir. Dolayısıyla, iyi sonuç verdiği bilinen ve genellikle gözleme dayalı tasarım yöntemlerinin bu maksatla kullanımı yaygındır. Bu çalışmada da benzer bir yöntem izlenmiştir. Düşük faz gürültülü bir Dielektrik Rezonatör Osilatörün tasarım ve simülasyon aşamaları sunulmuştur. Osilatörlerdeki gürültü kaynakları özetlenmiş, faz gürültüsü modelleri kıyaslanmıştır. Mikrodalga ve milimetredalga frekanslarında yüksek kalite faktörü sağlayan, disk şeklinde küçük seramik malzemeler olan dielektrik rezonatörler hakkında, kısa bir teorik analizi de kap- sayan bilgi verilmiştir. Devre topolojisinin faz gürültüsü üzerine etkisi, iki FET transistör üzerinde incelenmiş ve her iki transistör için ortak-kapı (common-gate) topolojisinin en uygun faz gürültüsünü verdiği simülasyon sonuçlarıyla gözlemlenmiştir. Kullanılan transistörlerin büyük sinyal analizi temel alınarak, rezonatör bağlaşım parametreleri incelenmiştir. En uygun bağlaşım parametreleri belirlenmiş ve destekleyici simülasyon sonuçları sunulmuştur. En iyi tasarım modeli, kötü tasarımlarla kıyaslanmış ve uygun parametrelerin faz gürültüsünü on dB'ler ölçeğinde iyileştirdiği tespit edilmiştir. Düşük frekanslı geri besleme yöntemlerinin etkinliği araştırılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre bu tip yapıların kullanımıyla taşıyıcı frekansın yakınında bulunan bölgede faz gürültüsü performansı belirgin biçimde iyileşmiştir. Çalışma frekansı, kullanılan transistör, besleme gerilim ve akımları ve düşük frekanslı geri besleme topolojisi değişkenlerini içeren geniş bir veri kümesi elde edilmiş ve en uygun değer seçimleri tartışılmıştır. Taşıyıcıya yakın ve uzak frekans bölgelerinin her ikisinde de faz gürültüsü başarımını iyileştiren ve yalnızca kullanılan transistöre bağlı olarak tekrarlanmak üzere genelleştirilmiş bir tasarım yöntemi, simülasyon sonuçlarıyla birlikte sunulmuştur.