随着移动通信技术的发展，射频(RF)电路的研究引起了广泛的重视。采用标准CMOS工艺实现压控振荡器(VCO),是实现RF CMOS集成收发机的关键。过去的VCO电路大多采用反向偏压的变容二极管作为压控器件，然而在用实际工艺实现电路时，会发现变容二极管的品质因数通常都很小，这将影响到电路的性能。于是，人们便尝试采用其它可以用CMOS工艺实现的器件来代替一般的变容二极管，MOS变容管便应运而生了。 【新型MOS变容管的射频振荡器设计】是现代移动通信技术中的关键环节，因为射频（RF）电路对于实现高效的RF CMOS集成收发机至关重要。传统的压控振荡器（VCO）通常依赖于反向偏压的变容二极管作为压控元件，但这种二极管的品质因数低，限制了电路性能。为了解决这个问题，研究者们发展了MOS变容管。 MOS变容管是通过将MOS晶体管的漏极、源极和衬底短接形成的一种新型电容，其电容值能够根据栅极与衬底之间的电压VBG变化而改变。在PMOS电容中，当VBG大于阈值电压绝对值时，电容工作在强反型区域，而在VG大于衬底电压VB时，电容工作在积累区。在这个过程中，栅氧化层与半导体之间的界面电压为正，允许电子自由移动，导致电容值增大。在不同的工作区域内，电容值会有变化，这主要由耗尽区域电容Cb和界面电容Ci共同决定。 在设计中，有两种主要类型的MOS变容管：反型和积累型。反型MOS变容管工作在强、中和弱反型区，不进入积累区，因此具有较宽的调谐范围。而积累型MOS变容管通过抑制空穴注入，仅工作在耗尽区和积累区，这提供了更大的调谐范围和更低的寄生电阻，从而提高品质因数。积累型MOS变容管的制作可以通过去除漏源结的p掺杂，用n掺杂衬底接触来实现，这降低了寄生电阻且无需额外的工艺流程。 在VCO的电路设计中，通常采用对称CMOS结构，以减少振荡时电位变化对变容管电容值的影响，提高频谱纯度。电感需要与变容管匹配，并且使用大型的片内集成电感和积累型MOS变容管组成的LC振荡回路，尽管损耗较高，但通过增大负跨导可以维持振荡。为了保证起振和等幅振荡，耦合晶体管需要较大的宽长比，但这也带来了更大的寄生效应。设计通常基于特定的半导体工艺，例如TSMC的0.35μm锗硅射频工艺模型PDK，使用三层金属构造平面螺旋八边形电感。 在实际应用中，VCO的振荡频率取决于选取的电感值和变容管的电容调谐范围。通过优化这些参数，可以设计出满足特定需求的高性能射频振荡器，服务于现代通信系统。

引言 随着移动通信技术的发展，射频(RF)电路的研究引起了广泛的重视。采用标准CMOS工艺实现压控振荡器(VCO)，是实现RF CMOS集成收发机的关键。过去的VCO电路大多采用反向偏压的变容二极管作为压控器件，然而在用实际工艺实现电路时，会发现变容二极管的品质因数通常都很小，这将影响到电路的性能。于是，人们便尝试采用其它可以用CMOS工艺实现的器件来代替一般的变容二极管，MOS变容管便应运而生了。 MOS变容管 将MOS晶体管的漏，源和衬底短接便可成为一个简单的MOS电容，其电容值随栅极与衬底之间的电压VBG变化而变化。在PMOS电容中，反型载流子沟道在VBG大于阈值电压绝对值时建立， 射频识别技术（RFID）在现代通信领域中扮演着重要的角色，而射频压控振荡器（VCO）是RFID系统的核心组件之一。VCO的主要功能是产生可调频率的射频信号，其性能直接影响RFID系统的稳定性和效率。在RFID技术中的VCO设计中，传统上常使用反向偏压的变容二极管作为压控元件，但由于实际工艺限制，变容二极管的品质因数低，导致电路性能受到影响。 为解决这一问题，人们开始探索使用CMOS工艺实现的替代器件，MOS变容管应运而生。MOS变容管是通过将MOS晶体管的漏极、源极和衬底短接，形成一个电容，其电容值可以根据栅极与衬底间的电压VBG的变化而改变。在PMOS变容管中，当VBG超过阈值电压的绝对值时，反型载流子沟道建立，从而改变电容值。当VBG远大于阈值电压时，PMOS工作在强反型区域，此时电容值接近氧化层电容Cox。 MOS变容管的工作状态包括强反型区、中反型区、弱反型区、耗尽区和积累区。在积累区，当栅电压VG大于衬底电压VB时，电容工作在正电压下，允许电子自由移动，电容值相应增大。在不同的工作区域内，电容值和沟道电阻都会发生变化，影响VCO的性能。 为了获得单调的调谐特性，有两种策略可以采用。一是避免MOS晶体管进入积累区，通常通过将衬底与电源电压Vdd短接来实现。另一种方法是使用只在耗尽区和积累区工作的MOS器件，以获得更宽的调谐范围和更低的寄生电阻，从而提高品质因数。积累型MOS变容管通过消除空穴注入沟道来实现，这可以通过移除漏源结的p+掺杂并添加n+掺杂的衬底接触来达成。 在设计VCO电路时，采用对称CMOS结构可以减小电位变化对变容管电容值的影响，提高频谱纯度。电感的匹配也很关键，通常采用双电感对称连接。由于集成电感和MOS变容管的损耗，需要较大的负跨导来维持振荡，确保等效负跨导的绝对值大于维持等幅振荡所需的跨导。 基于积累型MOS变容管的射频压控振荡器设计是RFID技术中提高性能和效率的一种创新方法。它利用CMOS工艺的优势，解决了传统变容二极管的局限性，为RFID系统提供了更优的射频信号源。通过精细的设计和仿真，可以优化VCO性能，提升整个RFID系统的可靠性和效率。

电力电子网侧变换器的阻抗模型及其阻抗扫描技术的研究。首先阐述了电力电子网侧变换器的基本概念和重要性，接着重点讨论了利用PSCAD和MATLAB建立阻抗模型的具体方法和步骤。文中还探讨了阻抗扫描的意义和目的，并展示了PSCAD在阻抗扫描中的具体应用。此外，文章特别关注了次同步振荡（SSO）现象，解释了其概念、特点及其对电力系统的潜在威胁，并通过PSCAD仿真模型对其进行了深入研究。最后，文章强调了Bode图在阻抗扫频分析中的重要作用，以及这些技术对提升电力系统稳定性和安全性的重要性。 适用人群：从事电力电子技术研究的专业人士、高校师生及相关领域的研究人员。 使用场景及目标：适用于希望深入了解电力电子网侧变换器阻抗特性的专业人士，旨在帮助他们掌握阻抗模型建立、阻抗扫描及SSO仿真的方法和技术，从而提高电力系统的稳定性和安全性。 其他说明：本文不仅提供了理论分析，还结合了大量的实例和仿真结果，使读者能够更好地理解和应用所介绍的技术。

### 晶体振荡器电路+PCB布线设计指南 #### 一、石英晶振的特性及模型 石英晶振作为一种重要的频率控制组件，广泛应用于各种电子设备中，尤其是在微控制器系统中扮演着核心角色。石英晶体本质上是一种压电器件，能够将电能转换成机械能，反之亦然。这种能量转换发生在特定的共振频率点上。为了更好地理解石英晶振的工作原理，可以将其等效为一个简单的电路模型。 **石英晶体模型**： - **C0**：等效电路中与串联臂并接的电容（并电容），其值主要由晶振尺寸决定。 - **Lm**：动态等效电感，代表晶振机械振动的惯性。 - **Cm**：动态等效电容，代表晶振的弹性。 - **Rm**：动态等效电阻，代表电路内部的损耗。 晶振的阻抗可以用以下方程表示（假设 Rm 可以忽略）： \[ Z = jX \] 其中 X 是晶振的电抗，可以表示为： \[ X = \frac{1}{\omega C_m} - \omega L_m \] 这里 ω 表示角频率。 - **Fs**：串联谐振频率，当 \( X = 0 \) 时，有 \[ Fs = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_mC_m}} \] - **Fa**：并联谐振频率，当 \( X \) 趋于无穷大时，有 \[ Fa = \frac{1}{2\pi\sqrt{\left(\frac{1}{\omega^2C_0} + \frac{1}{\omega^2C_m}\right)L_m}} \] 在 Fs 和 Fa 之间（图2中的阴影部分），晶振工作在并联谐振状态，呈现出电感特性，导致大约 180° 的相位变化。这个区域内晶振的频率 \( FP \)（负载频率）可以通过下面的公式计算： \[ FP = \frac{1}{2\pi\sqrt{\left(\frac{1}{\omega^2C_0} + \frac{1}{\omega^2C_m}\right)\left(L_m + \frac{1}{\omega^2C_L}\right)}} \] 通过调节外部负载电容 \( CL \)，可以微调振荡器的频率。晶振制造商通常会在产品手册中指定外部负载电容 \( CL \) 的值，以便使晶振在指定频率下振荡。 **等效电路参数实例**：以一个晶振为例，其参数为 Rm = 8Ω，Lm = 14.7mH，Cm = 0.027pF，C0 = 5.57pF。根据上述公式，可以计算得出 Fs = 7988768Hz，Fa = 8008102Hz。如果外部负载电容 CL = 10pF，则振荡频率为 FP = 7995695Hz。为了使其达到 8MHz 的标称振荡频率，CL 应该调整为 4.02pF。 #### 二、振荡器原理 振荡器是一种能够自行产生周期性信号的电路。在电子学中，振荡器被广泛用于生成稳定的时钟信号、射频信号等。对于微控制器来说，一个稳定且准确的时钟信号至关重要，因为它直接影响到系统的性能和可靠性。 **振荡器的基本组成**： - **放大器**：用于放大信号。 - **反馈网络**：提供正反馈使得信号循环。 - **滤波器**：用于选择特定频率范围内的信号。 **振荡器工作条件**： 1. **巴克豪森准则**：振荡器必须满足巴克豪森准则，即环路增益必须等于 1（或 0dB），并且环路总相移必须为 360° 或 0°。 2. **足够的相位裕量**：为了保证振荡器的稳定性，系统需要有足够的相位裕量。 3. **足够的幅度裕量**：振荡器还必须有足够的幅度裕量，以确保即使在温度变化、电源电压波动等情况下也能保持稳定的振荡。 #### 三、Pierce 振荡器 Pierce 振荡器是一种常见的振荡器电路，特别适用于使用石英晶振作为频率控制元件的场合。它通过一个晶体与两个电容器（C1 和 C2）连接构成，晶体的并联谐振频率决定了振荡器的频率。Pierce 振荡器的优点在于其频率稳定性高、振荡频率受温度变化的影响较小。 **Pierce 振荡器设计要点**： 1. **反馈电阻 RF**：反馈电阻用于设定振荡器的增益，确保振荡器能够启动并维持振荡。RF 的值通常较小，以保证足够的增益。 2. **负载电容 CL**：负载电容对振荡器的频率有直接影响。选择合适的 CL 值可以微调振荡频率，并确保其符合设计要求。 3. **振荡器的增益裕量**：增益裕量是指振荡器工作时的增益与其稳定振荡所需最小增益之间的差值。较高的增益裕量可以提高振荡器的稳定性。 4. **驱动级别 DL 外部电阻 RExt 计算**：驱动级别指的是振荡器向晶振提供的电流水平。过高的驱动可能会损害晶振，因此需要计算合适的 RExt 来限制驱动电流。 5. **启动时间**：启动时间是指振荡器从开启到稳定输出所需的时间。合理的电路设计可以缩短启动时间。 6. **晶振的牵引度 Pullability**：晶振的牵引度是指晶振频率受外部电容变化的影响程度。低牵引度意味着晶振对外部扰动不敏感，更加稳定。 #### 四、挑选晶振及外部器件的简易指南 在选择晶振及外部器件时，需要考虑多个因素，包括振荡频率、负载电容、温度稳定性等。 **晶振选择指南**： - **振荡频率**：确保晶振的标称频率与所需频率匹配。 - **负载电容**：选择与设计相匹配的负载电容值。 - **温度稳定性**：根据应用环境选择具有合适温度稳定性的晶振。 - **封装类型**：根据 PCB 布局选择合适的封装形式。 **外部器件选择指南**： - **电容器**：选择合适的电容值以实现精确的频率微调。 - **电阻器**：选择适当的电阻值以确保足够的反馈和增益。 #### 五、关于 PCB 的提示 PCB 设计对于振荡器的性能同样至关重要。良好的 PCB 设计可以减少信号干扰，提高振荡器的稳定性。 **PCB 设计要点**： 1. **布局**：合理布局晶振及其周边元件，尽量减小引线长度，避免形成寄生效应。 2. **接地**：确保良好的接地以减少噪声干扰。 3. **去耦电容**：在电源线上添加去耦电容，以减少电源噪声对振荡器的影响。 4. **隔离**：对于高频振荡器，应采取措施将振荡器与其它电路隔离，减少相互间的干扰。 #### 六、结论 通过对石英晶振特性的深入分析以及 Pierce 振荡器的设计要点介绍，我们可以看出，一个稳定可靠的振荡器不仅需要精心选择晶振和外部器件，还需要进行细致的 PCB 设计。只有综合考虑所有因素，才能设计出高性能的振荡器电路。此外，本应用指南还提供了针对 STM32 微控制器的一些建议晶振型号，有助于工程师们快速上手设计。希望这些信息能够帮助您在实际设计中取得成功。

NOvA实验使用费米实验室NuMI中微子束和新构建的14 kt探测器来解决中微子振荡中的几个未解决问题，包括中微子质量等级，角度φ23的精确值以及违反CP的相位CP。 该实验自2014年以来一直在运行，并且最近发布了第一个结果，其等效曝光量为2.74×1020质子，等于最终数据集的8％。 正常中微子质量等级的测量结果为，发现Δm322=（2.52×0.18 + 0.20）×10×3 eV2和0.38 <sin2×23±0.65。 实验已观察到在3.3°C.L处的½τe振荡。 在此早期数据中，并且在90％C.L时，中微子质量层次结构在0.1Ï<βCP<0.5Ï€的范围内无效。

DUNE（深层地下中微子实验）是美国提议的长基线中微子实验，基线是从费米国家加速器实验室（Fermilab）到桑福德地下研究设施1300公里，该设施将容纳40 kt液态氩时间投影室（ LArTPC）作为远端检测器。 该实验还将有一个细颗粒的近探测器，用于精确测量初始通量。 我们显示，通量和探测器附近的DUNE基线的能量范围是有利于观察Âm2eeV2规模的无菌中微子的γ-β-βe振荡，因此可以有效地用于测试所报告的非常高精度 LSND和MiniBooNE实验看到的振荡信号。 我们通过改变基线，探测器基准质量和系统不确定性来研究DUNE探测器对无菌中微子振荡的敏感性。 我们发现，目前在DUNE提出的近距离探测器的探测器质量和基线将能够以良好的精度测试整个LSND参数区域。 可以看出，灵敏度对基线和检测器质量的依赖性很有趣，而对系统不确定性的依赖性很小。

在几个短基线中微子振荡实验中的异常现象表明，无菌中微子可能存在于大约eV尺度，并与三种已知中微子有明显的混合。 我们发现，如果存在这样一种轻的无菌中微子，则通过对μ−，τ−，π−和K−的轻子衰变的组合研究，可以发现τ-的一些半轻子衰变和Z玻色子的无形衰变宽度， 可以约束相关的混合矩阵元素。 此外，我们将使用此处介绍的方法得出的约束条件与短基线中微子振荡实验获得的实验结果进行了比较。 我们发现单个轻型无菌中微子不能满足现有的短基线中微子振荡约束，并解释了上述异常现象。 在此过程中，我们提供了许多实验清晰的可观察观测值，这些观测值可独立于中微子振荡实验而直接用于研究轻度无菌中微子。

除了下一代基于束的中微子实验及其相关的探测器外，还将利用静止衰变产生的大量低能量中微子产生源。 在这项工作中，我们探索静止衰减中微子的物理机会，以在长基线上对振荡参数进行补充测量。 例如，J-PARC散裂中子源将通过各种静息衰减（DAR）过程（尤其是介子，介子和钾离子的过程）生成中微子。 其他拟议的来源将产生大量停止的介子和介子。 我们展示了即将到来的Hyper-Kamiokande实验能够检测J-PARC中的单色kaon静止不动中微子的能力，这些中微子经过几百公里并经历了振荡。 在中微子能量和基线长度的新状态下，这种测量将作为有价值的交叉检验，以限制我们对中微子振荡的理解。 我们还研究了液氩和水探测器中离子和μ子DAR中微子的预期事件发生率，以及它们对违反δCP相的电荷奇偶性（CP）的敏感性。

根据对中微子振荡的不同影响，MNSP矩阵中的统一性违规可分为轻度和重度无菌中微子的存在分别引起的直接统一性违规和间接统一性违规。 其中sub-eV无菌中微子最为有趣。 我们研究了在精密反应堆抗中微子振荡实验中，用三个条件寻找亚eV无菌中微子的可能性。

重新检查ILL实验，这是“反应器异常”实验之一。 ILL的基线为8.78 m，是反应堆异常短基线实验中最短的，该实验发现电子抗中微子消失的最大部分（约20％）。 如果先前的分析没有忽略ILL实验，他们会使用完全新颖且不合理的函数形式的卡方，即卡方幅度（也称为“比率分析”），或者使用频谱形式对卡方进行重复计算。 系统错误。 我们进行了分析，该分析利用了标准的常规形式用于卡方，以及派生的函数形式用于光谱方。 我们发现，当用包括光谱信息的常规卡方或与通量大小无关的光谱卡方进行分析时，与常规的无振荡光谱相比，ILL实验发现中微子光谱存在明显的畸变。 用第四中微子来解释这一点，而不是分析中某些方面（例如能量校准）的错误，结果是第四中微子可能的质量平方差的一组特定值，以及最小卡方差 与以前的分析相比，该值大大提高。 对于Huber通量和常规卡方，两个最优选的值分别是0.90和2.36 eV2的质量平方差，分别在Δχmin2值为-12.1和-13.0（3.5和3.6σ）时优选。 对于大亚湾通量和常规卡方，我们发现在Δχmin2分别为-10.5和-11.7（3.2和3.4σ）时优选0.95和2.36