СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ФАЗОВОГО ШУМА ГЕНЕРАТОРА УПРАВЛЯЕМОГО НАПРЯЖЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК H03B5/12 

Область техники

Изобретение относится к области радиотехники и электроники, в частности к интегральным микросхемам.

Генераторы управляемые напряжением (ГУН) применяются в приемопередатчиках в составе блоков опорных синтезаторов, аналого-цифровых преобразователей при задании тактовых сигналов и в других схемах источников эталонных сигналов. В связи с улучшением качества передачи и приема радиосигналов возрастает потребность интегральных ГУН с малым уровнем фазовых шумов. Применение микросхем генераторов со встроенным резонатором (автогенератор) значительно уменьшает габариты устройства и повышает его надежность. Такие генераторы в современных микросхемах высокой степени интеграции часто используются в качестве сложно-функционального блока (СФ блока), который во многом определяет параметры всего приемо-передающего тракта.

Предшествующий уровень техники

Известны технические решения построения генератора со встроенным резонатором в интегральном исполнении.

На ФИГ. 1 представлена типовая структурная схема автогенератора и на ФИГ. 1 введены обозначения: 1 - источник питания; 2 - активный элемент, в большинстве случаев транзистор; 3 - цепь обратной связи; 4 - резонатор.

Фазовый шум автогенератора характеризует мгновенные отклонения периода колебаний от усредненного значения (представляет собой по определению мощность шума относительно несущей, содержащуюся в полосе пропускания 1 Гц с центром на определенных смещениях от несущей).

На ФИГ. 2 приведена известная принципиальная электрическая схема одного из вариантов автогенератора Колпитца [1] с НЕМТ транзистором в качестве активного элемента, включенного по схеме с общим стоком. На ФИГ. 2 введены следующие обозначения: 5 - индуктивность резонансного контура; 6 - блокировочный конденсатор по питанию; 7 и 8 - емкостной делитель напряжения, вместе с 6 образуют резонансный контур (блок 4 на ФИГ. 1); 9 - резистор, задающий постоянный ток через транзистор; 10 - конденсатор связи с нагрузкой; 11 - блокирующая индуктивность. Известны также другие типы автогенераторов, разработанные на основе генератора Колпитца, с целью уменьшения нестабильности их работы [2, 3].

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение фазовых шумов интегрального автогенератора.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности создания генераторов управляемых напряжением со встроенным резонатором в интегральном исполнении с пониженным на 3-6 дБ уровнем фазовых шумов.

Основной причиной фазового шума автогенератора с активным элементом в виде транзистора можно считать дробовые шумы, относящиеся к низкочастотным шумам транзистора. Типовыми способами уменьшения фазового шума являются:

- увеличение добротности резонатора;

- оптимизация параметров активного элемента (плотность тока на единицу площади транзистора);

- увеличение амплитуды генерируемого сигнала.

Как известно, для устойчивого процесса автоколебаний в схеме должны выполняться два условия на частоте колебаний: общий коэффициент передачи больше 1 и разница фаз сигналов 360.

Предлагаемое изобретение базируется на том, что сигналы, связанные с дробовым шумом имеют конечный спектр и так же, как и генерируемый сигнал усиливаются в контуре положительной обратной связи и, за счет этого, их влияние на выходной фазовый шум автогенератора существенно возрастает. Поскольку спектральная плотность мощности дробового шума имеет практическое значение в низкочастотной области спектра (не более 1 МГц) и, таким образом, достаточно далеко отстоит от рабочих частот автогенераторов, то появляется возможность их фильтрации.

На ФИГ. 3 представлена предлагаемая структурная схема, в которой осуществляется уменьшение фазового шума автогенераторов за счет фильтрации дробового шума активного элемента. На ФИГ. 3 блок 12 представляет собой режекторный фильтр с центральной частотой затухания порядка 300 кГц.

Описание способа достижения результата

В качестве практической реализации рассмотренного способа уменьшения фазового шума автогенератора предлагается усовершенствованная схема автогенератора Колпитца.

Сущность изобретения поясняется на ФИГ. 4, где приведена предлагаемая модернизированная принципиальная электрическая схема генератора Колпитца. Указанный технический результат достигается тем, что в цепь резонатора между конденсаторами 7, 8 и землей подключен режекторный фильтр, состоящий из последовательно включенных индуктивности 15, резистора 14 и конденсатора 13. Резистор 14 необходим для уменьшения добротности резонансного последовательного контура. Таким образом, часть сигнала, связанная с дробовыми шумами, шунтируются на общий вывод, снижая уровень фазовых шумов на 3-6 дБ.

Источники информации

1. Патент США 1624537, Колпитц, Эдвин X., "Генератор колебаний", опубликовано 1 февраля 1918 г., выпущено 12 апреля 1927 г.

2. Jiri Vackar, LC Oscillators and their Frequency Stability, TESLA Report 1949.

3. EE 322/322L Wireless Communication Electronics - Lecture #24: Oscillators. Clapp oscillator. VFO startup.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники, в частности к интегральным микросхемам. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности создания генераторов управляемых напряжением со встроенным резонатором в интегральном исполнении с пониженным на 3-6 дБ уровнем фазовых шумов. Способ уменьшения фазового шума генератора, управляемого напряжением, выполненного в виде автогенератора Колпитца, в цепи резонансного контура включает режекторный фильтр с центральной частотой затухания 300 кГц Режекторный фильтр состоит из последовательно соединенных индуктивности 15, резистора 14 и конденсатора 13, таким образом, что часть шумовых сигналов, связанных с дробовыми шумами, имеющих конечный спектр, шунтируют на общий вывод. 4 ил.

Способ уменьшения фазового шума генератора управляемого напряжением, выполненного в виде автогенератора Колпитца, выполненного на полевом НЕМТ транзисторе по схеме с общим стоком и резонансном контуре, состоящем из индуктивности 5 и конденсаторов 7, 8, отличающийся тем, что в цепь резонансного контура включен режекторный фильтр с центральной частотой затухания 300 кГц, состоящий из последовательно соединенных индуктивности 15, резистора 14 и конденсатора 13, таким образом, что часть шумовых сигналов, связанных с дробовыми шумами, имеющих конечный спектр, шунтируют на общий вывод.