振荡器相位噪声的ADS仿真优化韩金瑞，黄显核(电子科技大学自动化工程学院，成都，611731，xianhehuang@uestc.edu)摘要：实际中通常希望通过计算机仿真的方法来预测振荡器的相位噪声，以便为实际振荡器的分析设计提供指导。本文从Leeson模型出发，分析了高Q晶体振荡器相位噪声的特性及在电路中的规律，并深入研究了影响振荡器闪烁噪声的器件参数及其提取方法。以50MHz振荡器电路设计为例，采用AgilentADS进行计算机仿真得出电路的相位噪声曲线图，并将其优化。根据仿真结果做出实际的电路，得到实测的相位噪声曲线。仿真和实测结果显示考虑了器件参数影响的相位噪声仿真曲线更好得符合了Leeson模型。关键词：晶体振荡器；相位噪声；参数提取：TB556文献标识码：AOptimizationofADSSimulationonPhaseNoiseinOscillatorHAN激n-rui,HUANGXian-he(SchoolofAutomation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu611731,China)Abstract:Wealwayshopetopredictthephasenoiseinoscillatorthroughcomputersimulation,thisworkwillsupplyadirectionforouranalysisanddesignonoscillators.Inthispaper,wewillanalysethecharacteristicsandregularofphasenoiseinhighQcrystaloscillatorfromtheLeesonmodel.Furtherresearchwillbefocusedondeviceparamatersthatinfluenceflickernoiseandtheparameterextractiontechnique.Takea50MHzoscillatorasanexample,thephasenoisecurvecouldbeobtainedandoptimizedbythecomputersimulation.Finally,weworkedouttherealcircuitandgotthemeasuredphasenoisecurve.AgoodagreementbetweensimulateddataandLeesonmodelwasachieved.Keywords:crystaloscillator;phasenoise;paramaterextraction1引言1随着信息产业的发展，各种振荡器的使用也越来越广泛。在通信、邮电、航空航天、电子、仪器仪表等等的设备中，振荡器输出频率的稳定度对设备的性能往往起决定性作用。而相位噪声就是频率信号的短期稳定度，它从频域的角度来表示频率信号的短期稳定度。现代计算机技术（如AgilentADS）为振荡器相位噪声的精确仿真和设计提供方便。本文从Leeson相位噪声模型出发，以50MHz晶体振荡器设计为例，着重分析影响振荡器闪烁噪声的晶体1收稿日期：2010-06-01；修回日期：2011-06-15基金项目：作者简介：韩金瑞（1987-），男，山东省聊城人，汉族，电子科技大学自动化工程学院硕士研究生，研究方向为时频检测和控制。通讯作者：韩金瑞，hjr870218@163。管参数和,并提出一种、提取方法。借助ADS仿真结果和实测结果，我们对利用该提取方法得到的器件噪声参数有效性进行了验证。2振荡器噪声研究振荡器的噪声是由于随机的以及不确定的噪声共同作用产生的。一些因果信号导致振荡器频率的长期不稳定性，是一种慢变过程；而相位噪声则是由于系统内部各种不确定噪声作用下所引起的信号相位的随机起伏，是一种频率短期稳定性。相位噪声的随机性使得在任一瞬间不能预知其精确大小，导致振荡器输出信号中存在无用的信号幅度和频率的起伏，这是极其有害的。因此，在设计电路前必须分析这些噪声的特性及其在电路中的规律。1966年D.B.Leeson提出了反馈振荡器模型[1]。G.Sauvage于1977年从数学上证明了该模型是有效的、正确的，并且给出了比李森模型更为通用的数学表达形式[2]。反馈型振荡器Leeson模型如图1所示[3]。谐振回路输出)(fmS)(fmS图1反馈型振荡器的Leeson模型Fig.1Leesonmodeloffeedbackoscillator显然，模型是一个相位正反馈系统，它由放大器和作滤波用的谐振回路组成。在振荡器稳定工作的条件下，根据模型可得到相位反馈表达式为（1）注意，图1中的谐振回路通常是一个RLC电路，即带通回路，根据信号传输理论可知：一个带限的已调制RF带通信号，通过一个带通滤波器的传输函数就等于调制信号通过该带通传输函数的等效低通滤波器的传输函数。结合放大器内部相位噪声谱密度与振荡器输出端相位噪声谱密度之间的关系，可以推导出输出取自放大器输出端的振荡器功率谱密度函数[3]为：（2）（3）式中：—振荡器相位起伏谱密度，—放大器输入端的相位...