5.1振荡器的简介
自激式振荡器是一种在无任何外加输入信号的情况下，就能自动地将自流电能转换成具有一定频率、幅度、波形的交流信号能量的电路。 5.1.1 振荡器的组成
一般来说，振荡器由以下3个部分组成：
（1）晶体管或电真空器件。起能量变化的作用，其中真空管器件的主要用于高频大功率振荡器的设计，而晶体管主要用于低频小功率振荡器的设计。
（3）选频网络。用于选取所需要的振荡频率，以使振荡器能够在单一频率下振荡，从而获得所需的波形。
5.1.2 振荡器的基本原理
正反馈放大器的基本原理：
正反馈放大器原理框图
放大器的闭环增益
()()()()
ωωωωj G j F j G Vin Vout j -==T 1 正反馈将不断增加的输出电压反馈到输入端，直到()()1=ωωj G j F
这个关系式就是振荡器振荡的巴克豪森条件，用相位和幅度可以表示为 ()()100=ωωj G j F ， ()()000360=∠ωωj G j F
当满足上述两个条件时，振荡器就会产生振荡，振荡的角频率为0ω。实际上，振荡器是一个强非线性系统，起振时的环路增益必须大于1，电路中的噪声被放到一定的幅度后，环路进入平衡，满足平衡条件，维持等幅持续振荡。
5.1.3 差分LC 振荡器的起振条件
低频振荡差分LC 振荡器相位噪声性能明显优于环形振荡器。差分LC 振荡器直接把交叉耦合的MOS 管看作一个等效的线性负电阻，振荡器输出频率由LC 谐振回路决定，交叉耦合的MOS 管为谐振回路提供能量，补偿LC 的损耗维持振荡。
图5.1 图5.2
根据右图5.2的等效电路可以列出方程
12gs gs in v v v -=
1221gs m gs m in v g v g i -==
则放大器的等效负阻
2
111m m in in in g g i v R --== 其中1m g 和2m g 分别为M1和M2的跨导。若想等并等于m g ，则有
m in g R 2-=
设差分耦合放大器相连的LC 谐
振电路的并联等效电阻为，为了保证电路起振，
必须满足关系式
p m
in R g R <=1 5.2差分LC 振荡器电路的组成
差分LC 振荡器的电路分为三级，第一级为差分LC 振荡器，第二级为缓冲电路，第三级为输出匹配网络。
5.2.1差分LC 振荡器的设计
该差分LC 振荡器的结构如下图5.3所示。其中L1，L2，C1组成谐振回路，其中振荡器的谐振频率的计算公式为 ()21121L L C f +=π
交叉耦合的MOS 管M1，M2等效为线性负电阻，并为谐振回路提供能量，补偿LC 的损耗维持振荡。M3为M1,M2提供偏置电流。
图5.3 图5.4
5.2.2缓冲电路
缓冲电路的作用对前级输出的波形进行整形和放大，同时提供足够大的电压和电流驱动后级的电路。为了使信号电平的损失小到可以忽略不计，就必须在放大器后面放置一个“缓冲器”。其缓冲电路结构如上图5.4所示。
5.2.3输出匹配网络
输出匹配电路的作用是提供50欧姆的阻抗匹配。对于高频电路，输入和输出之间的阻抗匹配是重要的设计指标，若匹配不好，会造成信号功率反射而损耗，使信号不能有效传输。由于本设计的缓冲级的输出端的阻抗为48.832-j*1.885欧姆，已经很接近50欧姆的特征阻抗。所以不用做输出匹配网络。
5.3差分LC振荡器的参数仿真
本节主要介绍2.4GHZ 差分LC振荡器的参数的仿真。本课程设计选择TSMC 的0.18um的工艺库，使用ADS仿真工具。本节主要包括射频MOS管的仿真、振
荡电路的瞬态仿真、振荡器的频谱分析、振荡器的平坦度分析。
5.3.1射频MOS管的仿真
本课程设计使用ADS进行电路的设计。首先对0.18um的射频MOS管进行直流仿真，并得到其参数。图4.5是管子的仿真原理图。
图5.5
使用ADS仿真软件，把Vgs和Vds设为变量，分别对Vds进行直流仿真，对Vgs进行选择2.4GHz下的S参数的仿真。得到Vds与Id的输出曲线，如下图5.6所示。得到gm与Vgs的关系曲线，如下图5.7所示。得到S参数仿真的NFmin 与Vgs的关系，如下图5.8所示。可以发现Vgs=0.7V时，管子有最小的噪声系数。
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