覆蓋多個頻段的振蕩器的設計

為了驗證多頻振蕩器概念的有效性，這里組裝了一個原型用于產生兩個同步頻段。通過在雙極晶體管的基極使用兩個并聯二階諧振器，實現了振蕩器的四階諧振器（圖1）。RCO采用的版圖設計（圖7），可以用標準集成電路（IC）技術制造。它使用了更高階的超材料諧振器完成多個并發頻率的操作，能橫跨兩個不同頻段（如2.45~2.65GHz和4.85~5.25GHz）調諧，與分開的開關型VCO相比，功耗和尺寸有顯著減小。


圖7：在雙頻振蕩器原型的制造中使用了這個版圖。

直觀的感覺是，較低頻率振蕩范圍（2.45~2.65GHz）所需的電感值要比較高頻率模式（4.85~5.25GHz）時大。在商用計算機輔助工程（CAE）軟件的幫助下，可以對雙頻振蕩器的諸如相位噪聲等不同性能參數（圖8）進行仿真。通過在雙極晶體管基極的諧振器網絡上跨接調諧電容，可以綜合出要求的電感值，原理是調諧電容可以在感興趣的工作頻段上，提供晶體管發射極所需的負電阻和電抗（電感或電容）。


圖8：計算機輔助工程軟件工具在仿真雙頻振蕩器設計的性能參數時非常有用，比如這張相位噪聲性能圖。

多模振蕩器中使用的濾波器有利于減輕模泄漏問題，比如振蕩器電路振蕩在雙模的時候。給定設計中的模泄漏量，取決于該部分電路的后續濾波器的頻譜選擇性以及振蕩器的設計要求。

四階振蕩器的相位噪聲在只產生其諧振頻率之一時，與使用相同有源拓撲和諧振器品質因數（Q）的二階振蕩器的相位噪聲相當。

但與常用的開關型諧振振蕩器相比，四階振蕩器在VCO實現中有更好的相位噪聲性能和/或更高的調諧范圍。兩種載波范圍1MHz頻偏處的原型源相位噪聲測量值通常都好于-120dBc/Hz（圖9）。多頻段振蕩器只需+5VDC和20mA偏置，并且在兩個頻段上均能提供+3dBm的典型輸出功率。對于多模多頻段無線設備而言，這種單一源也許能夠匹配許多傳統的VCO.


圖9：原型源的相位噪聲在兩種調諧范圍1MHz偏移處的測量值通常都好于-120dBc/Hz.