臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文主要包含了二個部份: 第一個部份是使用利用0.5-μm氮化鎵(GaN HEMT)製程進行設計工作在S頻段3.5 GHz差動式壓控振盪器，第二部份利用0.5-μm製程電晶體搭配印刷電路板(FR4 PCB)設計一個單端的2.4 GHz串聯負阻抗振盪器。
在3.5 GHz的差動式壓控振盪器部分，我們利用交叉耦合對振盪電路作為基礎結構，先使用模擬軟體模擬設計出壓控振盪器，並進行實做後在輸出頻率3.532 GHz可得輸出功率12.01 dBm、可調頻寬為0.45 GHz、相位雜訊在1 MHz位移頻率下可得 -121.19 dBc/Hz。
在2.4 GHz的單端串聯負阻抗振盪器部分，我們利用共閘極方式為電路基礎結構，先使用模擬軟體先模擬設計出負阻抗振盪器、並進行實做在輸出頻率2.445 GHz可得輸出功率20.01 dBm、可調頻寬為19 MHz、相位雜訊在1 MHz位移頻率下可得 -140.33 dBc/Hz。

This thesis contains two parts: The first part is the usage of 0.5-μm GaN HEMT process for the design work on the S-band 3.5 GHz differential VCO. Second part is using 0.5-μm process transistors with printed circuit board (FR4 PCB) to design of a single-ended series of negative impedance 2.4 GHz VCO.
In the differential VCO section, we designed a 3.532 GHz VCO by cross-coupled structure.
This 3.532 GHz VCO could be achieved the output power of 12.01 dBm, tuning range of 0.45 GHz, and the phase noise at 1 MHz offset can be obtained -121.19 dBc/Hz.
In the single-ended VCO section, we designed a 2.445 GHz VCO by common gate structure.
This 2.445 GHz VCO could be achieved the output power 20.01 dBm, tuning range of 19 MHz, and the phase noise at 1 MHz offset can be obtained -140.33 dBc/Hz.

指導教授推薦書
口試委員會審定書
著作授權書 iii
誌謝 iv
摘要 v
ABSTRACT vi
目錄 vii
圖目錄 viii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究成果 3
1.3 論文內容摘要 4
第二章 壓控振盪器簡介 5
2.1壓控振盪器的基本組成 5
2.1.1 LC共振腔(LC tank) 6
2.1.2 振盪器核心(VCO core) 7
2.2 振盪器原理[3][5] 8
2.2.1串聯回授(Series feedback) 9
2.2.2並聯回授(Shunt feedback) 9
2.2.3負電阻電路 12
2.3 振盪器之相位雜訊 16
2.4 壓控振盪器之重要規格[8] 21
第三章 S-band差動式壓控振盪器設計 23
3.1 研究目的 23
3.2壓控振盪器架構分析[13] 23
3.2.1 壓控振盪器電路架構與原理 29
3.3 S-band差動式壓控振盪器 32
3.4 量測與模擬結果 33
3.5 結果與討論 38
第四章 S-band 串聯負阻抗振盪器 40
4.1 研究目的 40
4.2 串聯負阻抗振盪器電路模擬與設計 40
4.3 模擬與量測結果 46
4.4 結論與討論 51
第五章 結論 52
參考文獻 53

圖目錄
圖2.1 並聯回授系統 9
圖2.2 回授振盪加上頻率選擇電路系統 10
圖2.3 振盪訊號的過程 11
圖2.4 單端負電阻振盪器等效電路 12
圖2.5 單端並聯模型負電阻振盪器等效電路 14
圖2.6 兩埠負電阻振盪器示意圖 15
圖2.7 在微波受信裝置之訊指數與相位雜訊 17
圖2.8 各種雜訊對相位雜訊影響 18
圖2.9 單旁波帶相位雜訊的定義 19
圖2.10 理想本地振盪源頻率轉換示意圖 20
圖2.11 相位雜訊於接收端影響示意圖 21
圖3.1 (a)電晶體元件分析圖 (b)小訊號電路分析圖 25
圖3.2 傳統考畢茲振盪器 26
圖3.3 單級電晶體雙電容電路 27
圖3.4 單級電晶體電感與電容分析 28
圖3.5 ( a ) 交叉耦合對負阻抗分析 (b) 小訊號等效電路 30
圖3.6 交叉耦合對的迴路相位分析 31
圖3.7 差動式壓控振盪器電路 32
圖3.8 差動式壓控振盪器電路佈局 34
圖3.9 差動式壓控振盪器晶片實照圖 35
圖3.10 差動式壓控振盪器量測載具實照圖 35
圖3.11 差動式壓控振盪器實際量測頻譜頻測圖 36
圖3.12 差動式壓控振盪器實際量測相位雜訊圖 36
圖3.13 差動式壓控振盪器實際量測可調偏壓對頻率與輸出功率變化量圖 37
圖3.14 差動式壓控振盪器量測方式方塊圖 37
圖4.1 串聯負阻抗振盪器電路主動區穩定因子 41
圖4.2 串聯負阻抗振盪器電路輸出端S11參數 (Magnitude) 42
圖4.3 串聯負阻抗振盪器電路輸出端S11參數 (Phase) 42
圖4.4 振盪器電路設計流程圖說明 43
圖4.5 串聯負阻抗振盪器電路架構 45
圖4.6 微帶線的示意圖 46
圖4.7 串聯負阻抗振盪器電路佈局圖 47
圖4.8 串聯負阻抗振盪器電路佈局實照圖 48
圖4.9 串聯負阻抗振盪器電路實際頻譜量測圖 48
圖4.10 串聯負阻抗振盪器電路實際相位雜訊量測圖 49
圖4.11 串聯負阻抗振盪器電路實際量測可調偏壓對頻率與輸出功率量圖 49
圖4.12 串聯負阻抗振盪器電路量測方式方塊圖 50

表目錄
表1.1 IEEE 商業微波頻帶象徵稱號[8] 3
表2.1 各類的共振腔電路的特性[1] 7
表3.1 差動式壓控振盪器電路元件規格表 33
表3.2 差動式壓控振盪器模擬結果與實際量測結果比較表 38
表4.1 串聯負阻抗振盪器電路元件規格表 45
表4.2 串聯負阻抗振盪器電路模擬與實際量測結果比較表 50

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