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Microondas-8- 4Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UN OSCILADOR
Microondas-8- 6Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Propiedades de los resonadores
Microondas-8- 8Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
FLUJO DE DISEÑO Y MONTAJE DE UN OSCILADOR
Microondas-8- 9Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE UN OSCILADOR
Microondas-8- 10Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA GANANCIA DE LAZO
Microondas-8- 11Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA GANANCIA DE LAZO
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Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA GANANCIA DE LAZO
Microondas-8- 13Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA GANANCIA DE LAZO
Microondas-8- 14Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO MATRICIAL
Microondas-8- 15Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO MATRICIAL
Microondas-8- 16Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO MATRICIAL
Microondas-8- 17Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO MATRICIAL
Microondas-8- 18Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA RESISTENCIA NEGATIVA
Microondas-8- 19Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA RESISTENCIA NEGATIVA
Microondas-8- 20Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ANALISIS. MÉTODO DE LA RESISTENCIA NEGATIVA
Microondas-8- 21Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OTROS OSCILADORES L-C
Microondas-8- 22Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OTROS OSCILADORES L-C
Microondas-8- 23Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OTROS OSCILADORES L-C
Microondas-8- 24Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES MICROONDAS
Esquema del oscilador de 2 puertos
RedAmplificadora
RedResonadora
I1
Ie2
I2
Ie1
V1 V2
Ve2Ve1
Esquemas de Kotsebue
B3
B2
B1GL
B3
B2
B1
GL
B3
B2
B1
GL
(a)
X3 X2
RL
X1 X3
RL
X1 X2
RL
X1 X2X3
(b) (c)
(d) (e) (f)
¡¡ Normalmente se usan parámetros S !!
Microondas-8- 25Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Esquema de oscilador de MicroOndas
ΓG Γ1 ΓLΓ2
Resonador SeriejXG
ΓG
RG RL
jXL
ΓL
Resonador Paralelo
jXG
ΓG
RG RLjXL
ΓL
OSCILADORES MICROONDAS
bG b1
a1Red deGenerador
Cuadripolo del Oscilador
bLb2
a2 Red de Carga
Trt de dos puertos
Z3
Γ3
Microondas-8- 26Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
DRO
Circuito equivalente
d
Zo Zo Zo
R1
C1 Zo
L1
Lr
Cr
Rr
Lm
(a) (b)
Circuito equivalente 2
Zo
R
C
L
Zo
Substrato
Linea microstrip
Resonador dielectrico
Encapsulado metalico
d
Espacio
d
z
OSCILADORES MICROONDAS
Microondas-8- 27Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Varactor: Ctos equivalentesRp
Cj Rs Ls Ls’
Cc
Rp
Cj Rs
Layout IMPATT
IMPATT
Resonador Acoplamientode salida
Puerto de salida
λ/4λ/4
OSCILADORES MICROONDAS
Esquema oscilador Gunn
Cavidad coaxial
Diodo Gunn
Salida (Guíaonda)
Microondas-8- 28Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 29Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 30Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 31Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 32Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 33Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 34Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 35Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 36Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 37Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 38Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 39Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 40Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 41Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 42Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ESTABILIDAD EN LOS VCO
Microondas-8- 43Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
ESTABILIDAD EN LOS VCO
Microondas-8- 44Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Esquema del oscilador de 2 puertos
RUIDO Y OSCILACIONES PARASITAS
(realimentación)
Rin
Rin
C L
Vin 2
Vin 1
(ruido)
ZL
Rloss
Rout BA
Señal de salida
CL(fm)
N
fo fo + fmf
Pot
enci
a de
Sal
ida
(dB
)
Microondas-8- 45Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Espectro de Lesson
fof
Pot
enci
a de
la s
eñal
(dB
)
fo+fm
1Hz
VavsRMS
VnRMS1VnRMS2
Circuito equivalentede oscilador
Resonador
Amplificador sin ruido
Modulador del ruido de fase
Sθin(fm)
Salida
f
Rui
do a
la S
alid
a (d
B)
fc
C
fo
Ruido a la salida del oscilador
RUIDO EN OSCILADORES
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Tema 8: Osciladores en microondas
RUIDO EN OSCILADORES
Microondas-8- 47Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
PARÁMETROS EN LOS OSCILADORES
Microondas-8- 48Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
PARÁMETROS EN LOS OSCILADORES
Microondas-8- 49Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
PARÁMETROS EN LOS OSCILADORES
Microondas-8- 50Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 51Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE (VCO)
Microondas-8- 52Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Osciladores a Cristal
Microondas-8- 54Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
CIRCUITO EQUIVALENTE
Microondas-8- 55Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
CIRCUITO EQUIVALENTE
Microondas-8- 57Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
FRECUENCIAS DE RESONANCIA
Microondas-8- 58Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
FRECUENCIAS DE RESONANCIA
Microondas-8- 59Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
FRECUENCIAS DE RESONANCIA
Microondas-8- 60Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
FRECUENCIAS DE RESONANCIA
Microondas-8- 61Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES A CRISTAL-TOPOLOGÍAS BÁSICAS
Microondas-8- 62Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES A CRISTAL-PARÁMETROS DEL CRISTAL
Microondas-8- 63Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES A CRISTAL-PARÁMETROS DEL CRISTAL
Microondas-8- 64Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES A CRISTAL-PARÁMETROS DEL CRISTALFAMILIAS TECNOLÓGICAS
Microondas-8- 65Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
OSCILADORES A CRISTAL-PARÁMETROS DEL CRISTALFAMILIAS TECNOLÓGICAS
Microondas-8- 66Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
PLL-PLO(Phased Locked Oscillator
Osciladores Enganchados en Fase
Microondas-8- 67Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Los sintetizadores de frecuencia pueden definirse como un circuito capaz de generar un conjunto de frecuencias o señales equiespaciadas a partir de una o varias frecuencias de referencia.
Definición:
Microondas-8- 69Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Estructura general de un Lazo enganchado en fase PLL:
Microondas-8- 70Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Estructura general de un Lazo enganchado en fase PLL:
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Tema 8: Osciladores en microondas
Función de Transferencia de un PLL
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Tema 8: Osciladores en microondas
Estructura General de Un sintetizador Indirectode Frecuencias
Microondas-8- 73Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Clasificación de los Lazos Enganchados en Fase
Microondas-8- 74Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Sintetizador a PLL con Predivisor (Preescaler)
Microondas-8- 75Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Sintetizador a PLL con doble Bucle
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Tema 8: Osciladores en microondas
Sintetizador a PLL con Mezcladores
Microondas-8- 77Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Dispositivos Comerciales:
Motorola:
MC145151 Carga paralelo
Philips: MC145170. Carga Serie
Existen numerosas casas con dispositivos comerciales para formarParte del sintetizador (Siemens,Philips, RFmicrodevices, Raltron …)
Microondas-8- 78Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
DDS(Direct Digital syntetizers)
Sintetizadores digitales directos
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Tema 8: Osciladores en microondas
Los sintetizadores digitales directos pueden definirse como un circuito digital que genera una señal muy estable y con muy poco ruido espectral, es decir un oscilador digital. Esta señal obtenida puede convertirse en una una señal sinusoidal a su salida mediante el uso de un Convertidor Digital-Analógico (DAC).Este tipo de sintetizadores permiten una precisión muy elevada en el control tanto de la frecuencia como de la fase, del orden de mili Hertzios (mHz) para la frecuencia, e incluso nano radianes (nrad) para la fase.
Definición:
Microondas-8- 80Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Diagrama de bloques de un DDS:
Microondas-8- 81Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Diagrama de bloques de un DDS:
Registro de la frecuencia de control: Este dispositivo se encargará detransformar el valor introducido como frecuencia de control (fc), a su valorcorrespondiente en fase. Siendo dicho valor el incremento de fase del sistema,∆Φ La frecuencia de control introducida será una palabra digital.Acumulador de Fase: Este dispositivo se encargará de proporcionar a susalida la fase que tendrá la señal en cada frecuencia de muestreo. Para ello,se sumará el incremento de fase del sistema, ∆Φ, al último valor de fase de laseñal (salida del acumulador de fase).LUT seno: El valor de fase que existe a la entrada de este dispositivo, setransforma a su correspondiente valor en amplitud de la función seno, medianteel uso de unas tablas de conversión.DAC: Este bloque nos convierte la señal digital obtenida a una señal analógica.Otras consideraciones a tener en cuenta son que la señal de muestreo es unaseñal digital, a la que también se le conoce como reloj del sistema. También debemosapreciar que a la salida obtendremos una palabra digital, que representará el valoren amplitud de la señal cada 1/fclk segundos.
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Frecuencia de salida:
La frecuencia de la señal de salida dependerá de la frecuencia de muestreo(reloj) y del número de muestras necesarias para obtener un incremento de fase de 2π, lo que nos dará la siguiente ecuación:
Sin embargo al trabajar con señales digitales deberemos modificar el valor de∆Φ y de 2π. De esta forma el valor máximo del incremento de fase pasará devaler 2 π a ser 2N, siendo N el número de bits usados por el acumulador de fase. En esta situación, podemos asignar un valor al incremento de fase, ∆Φdigital, que variará entre 1 y 2 N -1, éste valor será el que nos entrega el registro de la frecuencia de control.De esta forma podemos reescribir la ecuación de la frecuencia de salida, quedará:
Microondas-8- 83Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Espectro de salida:
En el proceso de conversión de la señal digital obtenida a su equivalente analógico, no sólo se obtendrá un tono a la frecuencia deseada, sino que también se generarán armónicos e imágenes de la frecuencia fundamental debido a la no idealidad de la señal digital generada. La potencia de la señal y de las imágenes obtenidas severán envueltas por una función
Armónicos a frecuencias nfsal, así como las imágenes a frecuencias
Los armónicos generados por las imágenes cuyas frecuencias son
A este efecto se le conoce como aliasing.
Microondas-8- 84Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Espectro de salida:
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Tema 8: Osciladores en microondas
La pureza espectral de la señal generada dependerá de diversos factores, tale como :- el ruido de fase que introduce el reloj del sistema, - el número de bits usados para obtener la acumulación de fase (NÁ),- el número de bits que usa el LUT para realizar la conversión de Fase-Amplitud (NLUT y Nsal), - el tipo de conversor Digital-Analógico (DAC) usado - e incluso el layout del circuito.
Pureza espectral:
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Tema 8: Osciladores en microondas
Señal de reloj La mayor fuente de ruido de fase del sistema es la generada por la señal de reloj, incluso cuando su efecto se ve reducido por el proceso de división en frecuencia del DDS. El ruido de fase a la salida del DDS muestra una mejora respecto al ruido de fase del reloj del sistema de
La precisión del reloj se irá propagando a través del DDS, de esta forma se puede asegurar que si la frecuencia de muestreo supera en 100ppm la deseada, la frecuencia de salida también será 100ppm superior a la calculada.
Pureza espectral:
Microondas-8- 87Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
Conversión de Fase-Amplitud La información que obtenemos a la salida del Acumulador de Fase se verá reducida por el LUT, debido a que el algoritmo usado para realizar la conversión Fase-Amplitud únicamente usará una parte de los bits más significativos (MSB). Es decir, que el número de bits usados a la entrada del LUT es menor que el proporcionado por el Acumulador de Fase (NΦ > NLUT ). El ruido de fase introducido por esta pérdida de información no es especialmente significativo ya que suele encontrase por debajo de los 70dBc.A la entrada del LUT tenemos la información de fase "modificada" representadapor un número de bits, NLUT , siendo el cometido de este dispositivo convertirdicha fase a su correspondiente valor en amplitud, siguiendo para ello el patrón deuna función seno. Como podemos imaginar, la mayoría de los valores de amplitud que obtengamos necesitarían de un número infinito de bits, sin embargo dispondremos únicamente de un número fijo de bits, Nsal, para representar dicha amplitud. Esto provoca que la señal obtenida no sea un tono ideal, lo que repercutirá en el aumento del ruido de fase del sistema.
Pureza espectral:
Microondas-8- 88Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
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Microondas-8- 89Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
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Microondas-8- 90Grupo de Radiofrecuencia, UC3M
Tema 8: Osciladores en microondas
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