振荡器是一种不需要外加输入信号就能够自激输出交变信号的电子装置，起到把直流电源能量转变为交流输出能量的作用。根据振荡器输出信号波形的不同，可以将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，其中非正弦振荡器一般为多谐振荡器，它产生的信号可以是方波或三角波等。按照振荡器的原理，可以将振荡器分为反馈振荡器和负阻振荡器。本章设计是一个正弦负阻型振荡器。
振荡器设计与放大器设计很类似。对于放大器设计来说，S11和S22都小于1，可以用圆图来设计M1和M2；而对于振荡器设计来说，为了产生振荡，S11 和S22均大于1。从而可以利用同样的晶体管、同样的直流偏置电路和同样的一组S参数用于振荡器设计，对于负载来说，并不知道是被接到振荡器，还是被接到放大器，如图13-1所示。
1．主要技术指标
射频/微波振荡器的主要技术指标是频率和功率。
1）工作频率振荡器的输出信号基本上是一个正弦信号。要做到振荡频率绝对准确是不可能的，频率越高，误差越大。影响频率的因素很多，如环境温度、内部噪声、元件老化、机械振动、电源纹波等。实际设计中，针对指标侧重点，应采取相应的补偿措施。调试中，也要有经验和技巧，才能达到预期的频率指标。关于频率经常会遇到下列概念。
（1）频率精度：频率精度有绝对精度（Hz）和相对精度（ppm）两种表示方式。相对精度是最大频偏和中心频率的比值。绝对精度是在给定环境条件下的最大频偏。
（2）频率温漂：随着温度的变化，物质材料的热胀冷缩引起的尺寸变化会导致振荡器的频率偏移，这种频偏是不可避免的，只能采取恰当的方法降低。常用的方法有温度补偿(数字或模拟微调)、恒温措施等，用MHz/℃或ppm/℃描述。（3）年老化率：随着时间的推移，振荡器的输出频率也会偏移，用ppm/年描述。（4）电源牵引：电源的纹波或上电瞬间会影响振荡器的频率精度，也可看做电源的频率调谐，用Hz/V表示。在振荡器内部可以通过增加稳压电路和滤波电容来改善这一指标。
（5）负载牵引：在振荡器与负载紧耦合的情况下，振荡频率会受到负载的影响。使负载与振荡器匹配，增加隔离器或隔离放大器，减小负载的牵引作用。
（6）振动牵引：振荡器内谐振腔或晶振等频率敏感元件随机械振动的形变，会影响振荡器的输出频率。振动敏感性与元件的安装和固定有关，用Hz/g表示。（7）相位噪声：相位噪声是近代振荡器和微波频率合成器的关键指标。它是输出信号时域抖动的频域等效。相位噪声、调频噪声和抖动是同一问题的不同表达
方式，因为振荡器含有饱和增益放大器和正反馈环路，故幅度噪声增益和相位噪声增益都有限。幅度和相位变化与平均振荡频率有关。用足够分辨率的频谱仪测量振荡器，噪声会使窄谱线的下端变宽，噪声按照1／f 3或1／f 2下降。振荡器的反馈环的环增益按1／f 2而不是按谐振频率下降。1／f因子与器件和谐振器的低频调制有关。
相位噪声用L(fm)＝(PSSB(fm)／Hz)／PC表示，可用频谱仪或相位噪声分析仪测量。PSSB(fm)/Hz是指1Hz带宽内相位噪声功率。fm表示离开载频的边频，也是对载频的调制频率，故称为调频噪声。
2）输出功率功率是振荡器的又一重要指标。如果振荡器有足够的功率输出，就会降低振荡器内谐振器的有载Q值，导致功率随温度变化而变化。因此，选用稳定的晶体管或采用补偿的办法，也可增加稳幅电路。这样，又会增加成本和噪声。为了降低振荡器的噪声，让振荡器输出功率小一些，可降低谐振器的负载，增加一级放大器，以提高输出功率。通常，振荡器的噪声比放大器的噪声大，故功率放大器不会增加额外噪声。如果振荡器是可调谐的，还要保证频带内功率平坦度。
3）调谐范围对于可调谐振荡器，有很多关于调谐的指标。
（1）调谐带宽：通常是指调谐的最大频率和最小频率，与中心频率无关。但对于窄带可调振荡器(如带宽为10%)，可以用中心频率来计算。
（2）调谐范围：调谐范围对应变容管的电压范围或YIG的电流范围。为了维持振荡范围内的高Q特性，变容管的最小电压大于0。
（3）调谐灵敏度：单位是MHz/V，一般地，调谐灵敏度不等于调谐范围/电压范围。近似地，调谐灵敏度在中心频率的小范围内测量。
（4）调谐灵敏度比：最大调谐灵敏度/最小调谐灵敏度。在PLL的压控振荡器中，由于这个参数会影响到环路增益，因而特别重要。在低电压时，变容管电容最大，随着电压的增加，电容很快达到最大值。低电压时，电容的大范围变化会引起频率的范围变化大，意味着频率低端灵敏度高，频率高端灵敏度低。由图13-2 所示的变容管的调谐特性可知，超突变结比突变结变容管调谐线性好，设计中要选线性好的一段并使调谐电压放大到合适的范围。
（5）调谐时间：最大调谐范围所用的时间。变容管的调谐速度比YIG的调谐速度快得多。
4）供电电源供电电源是保证振荡器安全工作时所需的电源电压和电流。直流功率要有足够裕量。
5）结构尺寸振荡器的外形结构和安装尺寸受使用场合的限制。在给定的安装条件下，应合理布局电路，考虑散热，使振荡器能稳定工作。
2．常用元器件
1）有源器件用于射频/微波振荡器的有源器件及使用频段见表13-1。
2）谐振器用于射频/微波振荡器的谐振器及使用频段见表13-2。一般以振荡器的成本、指标来选择谐振器。
下面设计一个压控振荡器，振荡频率约为1.8GHz。读者可以进一步了解利用ADS 设计压控振荡器的全过程。
