Conception d`oscillateurs RF et micro

15/10/2015
1
Conception d’oscillateurs RF et
micro-ondes
Annick PLAGELLAT-
PENARIER
Master 2 EEA
2015-2016
1
PLAN
•Introduction
•Caractéristiques
•Oscillateurs « basse-fréquence »
▫Caractéristiques
▫Conditions d’oscillation
▫Stabilisation
▫Circuits à base de L et C
▫Oscillateurs à quartz
•Oscillateurs Micro-ondes
▫Conditions d’oscillation
▫Diodes
▫Oscillateurs à transistors
▫Oscillateurs à diélectriques résonants
•Oscillateurs à fréquence variable
•Ampli et oscillateurs très fortes puissances
2

15/10/2015
2
Introduction
•Oscillateurs :
▫constitués d’éléments actifs + passifs
▫Générateurs de signaux
▫RF jusqu’à quelques GHz
▫Micro-ondes 1GHz à 100GHz
•Deux types :
▫A relaxation entre 2 états d’équilibre instable
Comportement non-linéaire
Signaux distordus
Pas utilisables en tant que source
▫Oscillateurs sinusoïdaux
Base des sources hyperfréquences
Caractérisés par : f, P, stabilité, pureté spectrale…
•Conditions de démarrage identique en BF et en HF, mais exprimées
différemment
▫BF : critère de Brakhausen, exprimées en impédances
▫HF : formalisme paramètres S
3
Caractéristiques
•Puissance de sortie
•Fréquence
•Pureté spectrale : se traduit par la prépondérance de la raie
fondamentale sur les raies harmoniques.
▫qualifiée de bonne si l'amplitude du second harmonique est au moins
inférieure de 30 dB à celle de la raie fondamentale dBc
4

15/10/2015
3
Caractéristiques
•Bruit de phase
▫Le mouvement désordonné des charges électriques au sein du
composant fluctuations de tension et de courant caractérisant ce
qu’on appelle le bruit propre de l’amplificateur.
▫modification de la phase du signal parcourant la boucle et change
donc la fréquence des oscillations.
▫Soit V(t) =V0[1+
(t)][cos(2
0t +
(t))]
avec (t) et (t) : modulation d’amplitude et de phase du signal.
Les densités spectrales de puissance S(f) et S(f), en rad2/Hz (ou
dB.rad2/Hz) et V2/Hz, : répartition fréquentielle de
(t) et (t) .
En général, bruit d’amplitude de la source négligeable devant bruit de phase.
La modulation de phase du signal provoque un étalement de la puissance du
signal sur une bande de fréquence autour de la fréquence centrale
▫stabilité en fréquence des oscillateurs
▫domaine fréquentiel :variations de la puissance de sortie autour de fo
5
Caractéristiques
•Bruit de phase
▫à une certaine distance fm de fo, dans une bande de fréquence de
largeur 1 Hz, dBc/Hz.
6

15/10/2015
4
Caractéristiques
•Bruit de phase
▫Mesure :
Asservir un oscillateur de référence de même fréquence que l’oscillateur à
tester au moyen d’une boucle de phase avec meilleure stabilité
Un mélangeur, utilisé comme détecteur de phase, délivre alors après filtrage,
un signal d’erreur V1 proportionnelle aux fluctuations de phase.
La densité spectrale des fluctuations de phase mesurée à l’analyseur de
spectre FFT
7
Caractéristiques
•Jitter
▫Ecart temporel entre le front idéal, et le front réel.
▫Aléatoire,
▫Caractérisé par sa densité spectrale de puissance S
T(f) (en s2/Hz), sa
puissance P
T(en s2) ou sa valeur efficace Jitterrms (en s)
▫Lien avec bruit de phase : bruit de phase d'une porteuse sinusoïdale,
modifie l'instant de passage par 0 de cette porteusegigue de phase
(ou jitter).
Soit le signal de porteuse s(t) = A.sin(2 f0t + (t)),
Ou s(t) = A.sin(2
f0(t + (t)/2 f0))
Jitter : T(t)=
(t)/2 f0
Donc
8

15/10/2015
5
Caractéristiques
▫Remarque :
Jitter constant : bruit de phase est d'autant plus grand que la fréquence de
la porteuse f0 est grande .....un jitter de 5ps est évidement moins gênant a
un fréquence de 1MHz (période 1ms) qu'a une fréquence de 10Ghz (période
100ps)....
Exemple de calcul
9
Caractéristiques
10