A Study on the New Analysis to the Dynamics of Colpitts VCO's and Practical Implication

콜피츠 전압제어 발진기 동작의 새로운 해석 및 구현에 관한 연구

In this paper, We analyze Colpitts type voltage contrqlled oscillator(VCO) used in personal handheld phone using a nonlinear analysis with third-order model. The resul shows the non-exponentially decaying shifting bias superimposed on the oscillator output which is different with the exponentially decaying shifting bias from the linear analysis. The stable oscillation criterion during a frequency change in a design of VOC can be also determined using proposed non-linear analysis. The theory is confirmed using PSPICE simulation and the experimental result of GaAs VCO matched very well with the theory.

Colpitts VOC(Voltage Controlled Oscillator)의 새로운 모델링을 제시하였다. 일반적으로 VOC의 해석에는 2차원 모델이 사용되고 있는데 본 논문에서는 3차원 모델을 사용하였다. 이는 수학적으로 정확함은 물론 실제적으로도 유용하게 사용할 수 있다. 이러한 잇점은 실제의 VOC는 콜피츠 발진회로에 기초한 것이며 이는 3차원 시스템이기 때문이다. 모델링은 선형 근사법으로 시작하여 HBM(harmonic balance method)에 의하여 비선형 해석으로 접근하였다. 이 해석에서는 시스템의 출력에 영향을 주는 발진과 함께, 겹쳐서 나타나는 시프팅 바이어스라는 새로운 모드의 존재를 드러내었다. 더우기 해석의 성과는 발진 주파수의 변화를 시도하고자 할 때 발진기의 피라미터를 변화시키는 유용한 과정을 추출하였다. 시뮬레이션으로 이를 확인하고 개인용 휴대전화기에 사용될 GaAs MESFET VCO 실제회로에 적용시켜 본 결과 매우 잘 일치하였다.