Recent progress in the analysis and design of LC tank oscillators

• Autorzy: Mathis, W. , Weber, H.

Warianty tytułu

PL

Aktualne postępy w analizie i projektach oscylatorów LC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In GHz wireless communication oscillators with sinusoidal current and voltages are basic sub-circuits. Already at the beginning of electronic circuits several types of oscillators with different active devices and circuit structures were developed. However, if we are restricted to integrated circuit technology for GHz applications the LC tank oscillator is an appropriate choice. In this paper a design approach is discussed in which also nonlinear specifications are included. Furthermore, a new analysis approach based on the Poincare-Andronov-Hopf theorem is discussed whereby its advantages will be illustrated by means of some examples.

PL

W oscyloskopach bezprzewodowych GHz z sinusoidalnym prądem i napięciem są podstawowe pod-obwody. Już na początku układów elektronicznych opracowano kilka typów oscylatorów z różnymi aktywnymi urządzeniami i strukturami obwodów. Jeśli jednak jesteśmy ograniczeni do technologii układów scalonych do zastosowań GHz, oscylator LC jest właściwym wyborem. W artykule omówiono podejście projektowe, w którym uwzględniono również specyfikacje nieliniowe. Ponadto omówione zostało nowe podejście analityczne oparte na twierdzeniu Poincare'ego-Andronova-Hopfa, dzięki któremu jego zalety zostaną zilustrowane za pomocą kilku przykładów.

Słowa kluczowe

PL

obwody oscylatora; teoria oscylatora; projekt oscylatora

EN

oscillator circuits; oscillator theory; oscillator design

• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Śląskiej. Elektryka
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 1-2
• Strony: 19--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Mathis, W.

• Leibniz Universitaet Hannover, Fakultaet fuer Elektrotechnik und Informatik, Appelstraße 9A, 30167 Hannover,

autor

Weber, H.

• Leibniz Universitaet Hannover, Fakultaet fuer Elektrotechnik und Informatik, Appelstraße 9A, 30167 Hannover,

Bibliografia

• 1. Nguyen, N., Meyer, R.: A 1.8-GHz Monolithic LC Voltage-Controlled Oscillator. „IEEE J. Solid- State Circuits” 1992, vol. 27, no. 3, pp. 444-450.
• 2. Ginoux, J.-M., Letellier, C: Van der Pol and the history of relaxation oscillations: Toward the emergence of a concept. „Chaos” 2012, vol. 22, 023120.
• 3. Van der Pol, B.: A theory of the amplitude of free and forced triode vibrations. „Radio Review (London)” 1920, vol. 1, pp. 701-710 and 754-762.
• 4. Mandelstam, L., Papalexi, N.: About Resonance Effects in Frequency Divsion (in German). „Zeitschrift f. Physik” 1931. vol. 72, pp. 223-248.
• 5. Mandelstam, L., Papalexi, N., Andronov, A.A., Chaikin, S., Witt, A.: Exposé des recherches récentes, sur les oscillations non linâires, „Zeitschrift f. Tech. Physik” 1935, no. 4, pp. 34.
• 6. Groszkowski, J.: Frequency of Self-Oscillations. Pergamo N Press, Oxford - London – New York - Paris, 1964.
• 7. Mees, A.I., Chua, L.O.: The Hopf bifurcation and its applications to nonlinear oscillations in circuits and systems. „IEEE Trans. Circuits and Systems”1979, vol. 26, no. 4, pp. 235-254.
• 8. Mathis W., Bremer, J.: Modelling and Design Concepts for Electronic Oscillators and its Synchronization. „The Open Cybernetics and Systemics Journal” 2009, vol. 3, pp. 47-60.
• 9. Buonomo, A., Lo Schiavo, A.: Modelling and analysis of differential VCOs. „Int. J. Circ. Theor. Appl.“ 2004, vol. 32, pp. 117-131.
• 10. Weber, H., Mathis, W.: A self-consistent Carleman linearization technique for the large signal analysis of nonlinear circuits. „Proceedings of the IEEE 2016 International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS’16)”, May 2016, Montreal, Canada
• 11. Keidies, C.: Classification of nonlinear dynamical Circuits and its application to the Design of Oscillators (in German), Ph.D. Bergische Universität Wuppertal, Germany, 1995.
• 12. Bremer, J.: Design Concept for Varactor-based RF CMOS VCOs on the fundamental nonlinear Methods (in German), Ph.D., Leibniz Universität Hannover, Germany, 2016; published as: Research Report, „VDE Verlag GmbH”, Berlin, Germany, 2017.
• 13. Mathis, W.: Nonlinear electronic circuits - An overview, in „Proc. 7th Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES 2000)”, Gdynia, Poland, June 15-17, 2000, pp. 15-17.
• 14. Maggio, G.M., de Feo, O., Kennedy, M.P.: A General Method to Predict the Amplitude of Oscillation in Nearly Sinusoidal Oscillators. „IEEE Trans. Circuits and Systems - I” 2004, vol. 51, no. 8, pp. 1586-1595.
• 15. Buonomo, A., Lo Schiavo, A.: Determining the Oscillations of Differential VCOs. „Proceedings of the 2003 International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS '03)”, May 25-28, 2003, pp. III 144-147.
• 16. Prochaska, M.: Methods for the Stabiliy Analysis and Model Reduction of nonlinear Systems (in German), Ph.D. Leibniz Universität Hannover, Germany, 2008; ; published as: Research Report, „VDE Verlag GmbH”, Berlin, Germany, 2008.
• 17. Mathis, W., Bremer, J.-K.: Design of nonlinear CMOS circuits in the Nano-GHz Era and its mathematical challenges. „Mathematics and Computers in Simulation” 2011, vol. 82, pp. 381-391.