射频接收系统晶体振荡电路的设计与分析

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1、射频接收系统晶体振荡电路的设计与分析简介采用了理论分析、工程估算、SPICE模拟以及与实际调试相结合的方法确定了射频接收系统中晶体振荡电路的结构、直流工作点及电路的元器件参数。关键词射频晶体振荡器SPICE模拟工程估算随着通信技术的快速发展，振荡器的研究、设计和技术得到了很人的发展。为了适应无线寻呼接收机、FM-SCA股票机、PDA等通信产品的小型化，在射频接收电路屮一木振采用了晶体振荡电路。一、射频接收中晶体振荡电路的设计及工程估算1.振荡电路的确定对振荡电路的选择取决于对工作频率、频率稳定度的要求，同时还耍考虑射频接收小型化、低功耗及其他要

2、求。晶体振荡电路应设计成结构简单、功耗小、调试方便并且频率可以微调的电路。经过分析，确定采用如图1所示的结构。该电路为电容三点式振荡，是串联式晶体振荡电路。(I图1•本振石英晶体振荡电路原理图(1)振荡电路原理分析图2为图1的交流等效电路，其中C16.C17、L05组成的支路相对于三次泛音晶体的基频开路，在晶体的标称频率振荡时町以不考虑。rtr丁•振荡器的输岀负载和振荡器之间是弱耦合，故也町以忽略不计。晶振工作在串联谐振频率上，月•晶振发生串联谐振时，该振荡器电路的正反馈最强，只有这时才能满足振幅条件而使电路起振。一旦晶振工作点偏离串联谐振点，

3、山于品体的动态电感很大，而R09较小，则等效并联在电感和品振两端的电阻较小,大大影响了谐振网络的Q值，使电路无法工作。在此电路中，电路进入集电结的饱和区而发生饱和限幅失真，集电极电流因此包含丰富的谐波分最，输出负载网络调谐在振荡回路的二次谐波上（L06和晶振支路相对于二次谐波开路），而有效抑制基波及其余各次谐波。此种类型的振荡器可以用如图3所示的模型描述，即一个线性时不变网络（LTIN）将振荡器电路分成三部分：一个非线性冇源器件、一个棊波谐振网络和一个二次谐波网络。图3—本振石英晶体振荡器等效电路模型英中，有源器件的电流■电压转移关系可描述为:

4、由于除了基波和二次谐波外，其他各次谐波没有可以流通的谐振回路，故为简化起见，分析时仅列出这两项（如上式所示）。在本电路中，二倍频选频回路与基波振荡凹路Z间属弱耦合，11二次谐波分量对振荡回路电流I的影响甚小，故U-U1o因此，在分析此电路吋，可先忽略二倍频选频凹路，仅分析基波谐振回路与有源器件形成的网络回路，求出各点的基波电压幅度。山于该电路也会出现集电极饱和，因此集电极•基极电压被限幅，然后山图中基极•发射极电压与集电极各次谐波电流的关系得到集电极二次谐波电流，由此电流与二倍频选频网络组成的回路得出其二次谐波输出电压幅度。(2)频率稳定度分析

5、图4为市交流等效电路图简化后得到的振荡回路屮基波回路的交流等效电路图。振荡器的环路增益可近似表示为AL=gmZL(C2/C1),其中ZL是L、C1.Y1和C2的并联阻抗,而丫1为晶体的等效阻抗，则频率稳定度为：(1)_dAL_<1Z,(1(d(1(D图4振荡器的交流简化图坏路增益的极点有两对共辘解，频率为(式中C为C1C2的并联电容)，其中频率为0)01的极点位于右半平而，u)02的极点位于左半平而，故频率稳定度为其中，Q2为晶体的品质因数，Q1为回路的品质因数，Q2Q1,所以Sf«2Q2o由式(2)可知，采川上述振荡电路的频率稳定度极高，即振

6、荡电路的振荡频率很稳定，有利于保证振荡频率的一致性。调整L、C1>C2或由于温度等的变化使L、C1.C2值发生变化时，振荡频率的相对变化率为Acu_(l(j>_Qii(

7、(：<1L石—砥二2Q37r+T/式(3)表明：晶体振荡器的频率在由品振和外部调整网络共同构成的冋路中，外部LC网络的Q值应该选择得比较低，才有益于晶体振荡器的频率稳定。2.品体管的选择与静态工作点的确定对小功率振荡器，晶体管的选择原则是能在工作频率范围内稳定地振荡。此外，管子除了应有足够大的跨导外，对于高频振荡器，其特征频率fT应大于振荡频率f。静态丄作点的设定除了考虑起振

8、和波形失真两方面耍求外，还应考虑射频接收的低功耗要求。Motorola的晶体管MMBR9"等即符合耍求。图5为振荡电路的静态偏置电路。R07、R09分别为集电极和基极偏直电阻，静态工作点为Ub=0.7V、Uc=0.62V,集电极电流为1.30mA。图5静态偏置电路