亚太经合组织 主动和被动电子元件 1563 - 5031 0882 - 7516 Hindawi出版公司 719376年 10.1155 / 2012/719376 719376年 研究文章 电子可调的正弦波振荡器电路 Maheshwari Sudhanshu Rishabh Jaikla Winai 电子工程学系 贾基尔Hussain工程与技术学院 阿里格尔穆斯林大学 阿里格尔202002 印度 amu.ac.in 2012年 9 8 2012年 2012年 29日 03 2012年 04 06 2012年 2012年 版权©2012 Sudhanshu Maheshwari Rishabh Verma。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

本文提出一种新颖的电子可调三阶合成正弦波振荡器从一个简单的拓扑结构,采用电流型块。电路实现了使用有源元件:电流控制输送机(CCCIIs)和接地被动组件。新电路享有非交互的电子振荡频率可调的优点,使用接地被动元件,同时可用性三个正弦电压输出。偏置电流生成计划使用的活跃元素。电路展品良好的高频性能。不理想的和寄生的研究也一直在进行。大范围频率调谐与偏置电流显示。提出的理论是通过广泛的PSPICE模拟验证使用0.25 μCMOS工艺参数。

1。介绍

正弦振荡器构成了一个重要的构件,发现许多应用程序在模拟信号处理。这个电子通信功能提供了标准测试和载波信号和仪表电路也作为起始信号一代的其他类型的测试信号。同样,多相振荡还会发现有趣的应用程序的通信和仪器系统。对于这些高度精确的流程,三阶正弦振荡器无疑是最适合的,因为他们享受降低谐波失真和二阶正弦振荡器( 1]。

调查的技术文献的曲目时,许多振荡器电路可以基于一个或其他类型的活跃设备( 2- - - - - - 4),但三阶振子不丰富。首次提出了三阶振子( 5使用运算跨导放大器(ota)],但电路基于ota的动态范围是非常有限的 6]。同时,振荡的频率不能控制在不影响振荡的条件。报道三阶振荡器( 7]提供了四个正交电流输出,在高阻抗,这使得它适用于电流型模拟信号处理。两个电流型三阶正弦振荡器提出( 8需要三个在线旅行社和三个接地的功放。在第二振荡器电路,振荡的频率不能控制在不影响振荡的条件。此外,大偏置电流的变化,它给出了一个相对较少变化振荡的频率。在提出的电路 9上频率有限因为外部电阻器在X-terminals终止,当减少会增加频率错误由于寄生X-resistance成为明显的与外部的相比。在提出的电路 10)提供的两个正交电流输出,需要更少的组件。三阶振荡器提出( 11)提供的四象限电压输出,但需要三个浮动电阻。报道电路( 12)使用CMOS CCCIIs和接地电容,同时提供正交电流以及电压输出,也喜欢电子的可调性。最后,报告的正交振荡器( 13需要三个CDTAs和三个接地电容器。这种正交振荡器,尽管是三阶,给予很高的THD值。一个基于两个multioutput工作培训和两个接地电容器提供高阻抗电流输出,但落在二阶类别( 14]。最近,小说振荡器电路的电压输出使用新的有源元件(DO-CIBA)和接地电容已经报道,也需要大量的浮动电阻( 15]。另一个非常新颖的工作报道多相振荡器电路操作在当前模式和基于log-domain方法( 16]。

在这篇文章中,一个三阶的正弦波振荡器是合成简单的拓扑采用级联一阶低通滤波器加上获得反馈。使用的有源元件是CMOS电流控制输送机(CCCIIs)。振荡的频率可以独立电子调谐的振荡的条件。这个电路提供的优点同时可用性三个正弦电压输出和接地被动元件的使用使得它适合于集成电路的实现。

2。提出了电路

新提出的三阶正弦波振荡器是基于电流型一阶低通滤波器级联的使用加上获得反馈的块。此拓扑的基本框图如图 1。为实现正弦波振荡器,所使用的电流型低通滤波器和“K”的价值是负的;使用电流型反相放大器可以实现。基本框图如图 1。图的基本块 1使用CCCIIs和接地组件实现。提出了CCCII ( 17),自从引入,它已被用于许多有用的实现和高性能模拟电路( 17- - - - - - 21]。这个设备具有的优势电子可调谐性通过寄生电阻出现在终端X,良好的动态范围,更大的线性。尽量使用低通滤波器的基本方案为多相振荡器而言,同样的首次引入和用于OTA-based实现( 22, 23]。CCCII的CMOS实现如图 2和所有使用的金属氧化物半导体晶体管的纵横比列在表中 1

晶体管CMOS CCCII的纵横比。

晶体管 W ( μ米) l ( μ米)
5,米9 10 0.5
6,米10 16 0.5
所有其他NMOS 6 0.5
所有其他管理办公室 10 0.5

方块图拓扑的三阶振荡器。

CMOS CCCII的实现。

CCCII是所描述的电流和电压的关系如下: (1) V X = V Y + X R X , Y = 0 , Z + = X , Z - - - - - - = - - - - - - X 在这里, (2) R X 1 8 μ C ( W / l ) B , 在哪里 μ, C , W, l分别是,表面流动,氧化物电容,通道宽度和长度的晶体管M9和M10,假设两个晶体管都匹配。

新提出的三阶正弦波振荡器的线路图,基于拓扑如图 1,在图 3。电路需要四个CCCIIs,三个电容和一个电阻。在执行常规分析使用CCCII的属性中定义的( 1),提出了三阶特征方程的正弦波振荡器图所示 3是由 (3) 一个 年代 3 + b 年代 2 + c 年代 + d = 0 , 在哪里 一个 = R X 1 R X 2 R X 3 C 1 C 2 C 3 , b = R X 1 R X 2 C 1 C 2 + R X 1 R X 3 C 1 C 3 + R X 2 R X 3 C 2 C 3 , c = R X 1 C 1 + R X 2 C 2 + R X 3 C 3 , d = ( R 1 + R X 4 ) / R X 4

三阶正弦波振荡器。

通过假设一个简单的设计是可行的 C 1 = C 2 = C 3 = C R X 1 = R X 2 = R X 1 = R X ,也就是说, B 1 = B 2 = B 3 = B 。替换 年代 = j ω ,将双方的实部和虚部( 3),我们得到的振荡频率和条件 (4) F O : ω 0 = 3 R X C C O : R 1 = 8 R X 4

很明显( 4), ω 0 可以不同的独立的振荡条件的不同吗 B 。可以指出,三个电流输出可以进一步获得通过使用额外的Z +阶段CCCII (1 - 3)。整合Z−阶段每一个输送机将进一步增加三个输出相位倒置版本,使六个不同的电流输出。值得一提的是,新提出的电路不同于一个CCCII-based工作( 21]这也提出了一种多相振荡器,通过使用基于X终端,与可用的工作,每个X终端电容终止妊娠。一个众所周知的事实是,当前conveyors-based电路和电容式终端X-port频率性能有限,也明显从[ 21),最大振荡频率远低于1 MHz。拟议的工作,相比之下,在数十兆赫,可以提供信号频率将明显的后部分。

3所示。偏置电流的一代

从(明显 4),电路需要频率控制 R x ,进而需要 B 控制。在实践中,这种平等的偏置电流的三种输送机可以生成使用晶体管电路。方案一代相同的偏置电流 B 对于CCCII如图(1 - 3) 4。偏置电流是通过一个NMOS镜像电流镜,然后三个电流源实现使用PMOS晶体管电流镜和指导。可以指出,当前镜像晶体管使用匹配的长宽比。的线路图 4允许通过一个偏置电流振荡频率的变化。

偏置电流生成方案CCCII (1 - 3)。

4所示。不理想的分析

任何当前conveyor-based电路的性能可能偏离理想的一个由于nonidealities活跃的元素。以下描述的非理想CCCII是电流和电压关系: (5) V X = β k V Y + X R X , Y = 0 , Z + = α k X , Z - - - - - - = - - - - - - α k X , 在哪里 β k = 1 - - - - - - ε V k , α k = 1 - - - - - - ε k

在这里, ε V k ( | ε V k | ≪1)和 ε k ( | ε k | ≪1)代表电压跟踪误差从Y-terminal x终端和电流跟踪误差从x终端Z-terminal k CCCII的分别。一般来说,这些因素保持不变和频率跟踪独立在低收入到中等频率范围。但是,在更高的频率,这频率跟踪因素成为依赖。

由于电路如图 3使用CCCII给定的非理想的方程( 5),简化表达式振荡频率振荡(FO)和条件(CO),假设匹配CCCIIs表现出相同的电流和电压(表示转让收益 α β、职责)给出 (6) F O : f o = α β 3 2 π R x C , C O : R 1 = 8 R x 4 α β 显然,振荡的频率修改由于nonidealities CCCII,但随着价值观的 α β保持接近统一到几十兆赫,不严重影响电路的性能。也值得一提,一些频率偏差也会由于电流镜偏置电流产生电路中使用的传输错误。

5。寄生的研究

任何电路的性能也是影响由于存在各种寄生虫的终端设备。在CCCII的寄生虫,图中给出的电路 3修改图 5在哪里 C 1 = C 1 C y 1 C z 1 C z 4 , C 2 = C 2 C y 2 C z 2 C z 1 , C 3 = C 3 C y 3 C z 3 C z 2 , C 4 p = C y 4 C z 3 , R 1 p = R y 1 R z 1 R z 4 , R 2 p = R y 2 R z 2 R z 1 , R 3 p = R y 3 R z 3 R z 2 , R 1 = R 1 R y 4 R z 4

三阶正弦波振荡器包括寄生。

在分析电路如图 5考虑到上述的寄生虫,振荡的频率的表达式如下考虑: (7) F O : ω 0 = 一个 + b + c C 1 C 2 C 3 ( R 1 p R 2 p R 3 p 2 R 1 R X 4 / R X 3 ) , (8) C O : ( 一个 + b + c ) ( C 1 C 2 ( R 1 p R 2 p R 3 p R 1 R X 4 R X 3 ) 8 88888888 + C 1 C 3 { ( R 1 p R 3 p 2 R 1 R X 4 R X 3 ) ( 1 + R 1 p R X 1 ) } 8 88888888 + C 2 C 3 { ( R 2 p R 3 p 2 R 1 R X 4 R X 3 ) ( 1 + R 2 p R X 2 ) } ] = { C 1 C 2 C 3 ( R 1 p R 2 p R 3 p 2 R 1 R X 4 R X 3 ) } × ( ( R 1 R 3 p R X 4 R X 3 ) { 1 + ( R 2 p R X 2 ) + ( R 1 p R 2 p R X 1 R X 2 ) } , + ( R 1 p R 2 p R 3 p R X 1 R X 2 R X 3 ) ] , 在哪里 一个 = C 1 { ( R 1 p R 3 p R 1 R X 4 / R X 3 ) ( 1 + R 1 p / R X 1 ) } , b = C 1 { ( R 2 p R 3 p R 1 R X 4 / R X 3 ) ( 1 + R 2 p / R X 2 ) } , c = C 3 ( R 3 p R 1 2 R X 4 / R X 3 ) { 1 + ( R 1 p / R X 1 ) + ( R 1 p R 2 p / R X 1 R X 2 ) }

可能澄清,上述定义的变量部分中使用的不一样 2

很明显从这个分析,尽管包括寄生的影响,振荡器的特征方程的顺序没有改变。这是由于这样的事实,所有的x终端CCCIIs接地。这导致高阶扭曲的解释不是介绍了电路中所需的操作频率。这是一个额外优势的电路。仔细的调查( 7)表明,各种寄生虫的影响可以通过选择小倾斜补偿值的输入偏置电流的计算值。

6。仿真结果

为了证明该电路的实用性,台积电的PSPICE模拟使用三级模型0.25莫西人 μm CMOS工艺参数( 24)执行。供应电压使用 V DD = - - - - - - V 党卫军 = 1.25 V。基于三阶正弦波振荡器的电路如图 3目的是通过选择10赫兹的频率 C 1 = C 2 = C 3 = C = 20. pF , R 1 = 16 K , B 1 = B 2 = B 3 = B = 40 μ 一个 , B 4 = 13 μ 一个 。三个输出正弦振荡器电路的波形如图所示 6。模拟振荡的频率大约是9.78 MHz,从而使0.2%的误差,这是相当低的,可以接受的。它可能会指出,这三个输出振幅不同,因为基于低通滤波器的基本结构。此外,众所周知,振荡器可以增强自动幅度控制使用二极管和电阻网络,也被称为限幅电路( 25]。获得的模拟(THD值是2.9%,这是比较低。电压输出的傅里叶谱图所示 7似乎,二次谐波失真的主要贡献者,而高次谐波几乎可以忽略不计。振荡的频率可以通过改变不同的输入偏置电流 B 、独立的振荡的条件。图形显示的变化频率振荡与偏置电流的变化 B 不同的电容值” C“在图给出 8。振荡的频率显示了几乎2。5倍为偏置电流的变化从10变化 μ一到80 μ一个。

正弦波振荡器的输出波形。

傅里叶谱的输出电压。

的变化 f 0 B 不同的电容值。

7所示。结论

在本文中,一种新颖的电子可调三阶正弦波振荡器使用CCCIIs和接地组件。这种新的电路拓扑采用级联从一个简单的一阶低通滤波器合成加上获得反馈。这个电路提供的优点同时可用性三个正弦电压输出和接地被动元件的使用使得它适合于集成电路的实现。独立电子振荡的频率可调的偏置电流振荡的条件通过活跃的元素。生成适当的偏置电流的电路振荡器。不理想的和寄生的考虑。该电路显示高频性能好和一个宽领域电子调谐的频率。拟议中的电路是小说除了已经大量的有关这一课题的文献及其集成电路实现是一个自然的未来的问题。

承认

作者感谢审稿人推荐一些有趣的建议,使论文更加优雅。作者也感谢副主编,博士Winai Jaikla推荐。

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