覆盖多个频段的振荡器的设计

图6：带四阶谐振器的振荡器可以产生多个同时输出信号。

为了验证多频振荡器概念的有效性，这里组装了一个原型用于产生两个同步频段。通过在双极晶体管的基极使用两个并联二阶谐振器，实现了振荡器的四阶谐振器（图1）。RCO采用的版图设计（图7），可以用标准集成电路（IC）技术制造。它使用了更高阶的超材料谐振器完成多个并发频率的操作，能横跨两个不同频段（如2.45~2.65GHz和4.85~5.25GHz）调谐，与分开的开关型VCO相比，功耗和尺寸有显著减小。


图7：在双频振荡器原型的制造中使用了这个版图。

直观的感觉是，较低频率振荡范围（2.45~2.65GHz）所需的电感值要比较高频率模式（4.85~5.25GHz）时大。在商用计算机辅助工程（CAE）软件的帮助下，可以对双频振荡器的诸如相位噪声等不同性能参数（图8）进行仿真。通过在双极晶体管基极的谐振器网络上跨接调谐电容，可以综合出要求的电感值，原理是调谐电容可以在感兴趣的工作频段上，提供晶体管发射极所需的负电阻和电抗（电感或电容）。


图8：计算机辅助工程软件工具在仿真双频振荡器设计的性能参数时非常有用，比如这张相位噪声性能图。

多模振荡器中使用的滤波器有利于减轻模泄漏问题，比如振荡器电路振荡在双模的时候。给定设计中的模泄漏量，取决于该部分电路的后续滤波器的频谱选择性以及振荡器的设计要求。

四阶振荡器的相位噪声在只产生其谐振频率之一时，与使用相同有源拓扑和谐振器品质因数（Q）的二阶振荡器的相位噪声相当。

但与常用的开关型谐振振荡器相比，四阶振荡器在VCO实现中有更好的相位噪声性能和/或更高的调谐范围。两种载波范围1MHz频偏处的原型源相位噪声测量值通常都好于-120dBc/Hz（图9）。多频段振荡器只需+5VDC和20mA偏置，并且在两个频段上均能提供+3dBm的典型输出功率。对于多模多频段无线设备而言，这种单一源也许能够匹配许多传统的VCO.


图9：原型源的相位噪声在两种调谐范围1MHz偏移处的测量值通常都好于-120dBc/Hz.