Développement d'un outil logiciel industriel d'aide à la conception des oscillateurs à quartz
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
For long time crystal crystal oscillator was designed on the basic of empirical methods or approximate or inappropriate modelling techniques. Although these methods help to produce stable oscillators, their design procedure remains tedious and circuit oscillator behaviour is not always obtained with an optimal accuracy. ADOQ software (Dipolar Analysis of crystal Oscillators) was developed to remedy the limitations of these methods. This tool is based on the dipolar analysis which consists in modelling a crystal oscillator by taking in to account the amplifier nonlinearities separately from quartz resonator. This separation overcomes the expensive computing time imposed by the high—Q factor of the quartz résonator. The nonlinear behaviour of the amplifier can be determined in open loop by using transient analysis carried out by using an electric SPICE—like simulator. The nonlinear equivalent impedance of the amplifier can be obtained by processing the results provided by this simulator. The simulator's results allows us to determine accurately the nonlinear equivalent impedance of the amplifier, i. E. Its impedance vs the frequency and amplitude. Then, the analysis consists in seeking the closed loop solution by using a series of open loop dipolar analyses and an itérative algorithm. This method leads to an accurate calculation of the operating conditions of the oscillator: frequency, resonator amplitude, drive level in steady—state operation, transient as well as state and amplitude and phase noise spectra. ADOQ allow us to determine characteristic sensitivity of the oscillator to the variations of the component value. The dipolar method requires to calculate the steady—st.
Abstract FR:
La conception des oscillateurs à quartz a été longtemps basée sur des méthodes empiriques ou des techniques de modélisation approximatives ou inappropriées. Bien que ces méthodes permettent de réaliser des oscillateurs stables, leur procédure de conception reste lourde et fastidieuse et le comportement du circuit oscillateur n'est pas toujours déterminé avec une précision optimale. Le logiciel ADOQ (Analyse Dipolaire des Oscillateurs à Quartz) a été développé pour remédier aux limitations de ces méthodes. Cet outil fondé sur l'analyse dipolaire consiste à modéliser un oscillateur à quartz en tenant compte des non linéarités de la partie amplificateur séparément de celles du résonateur. Grâce à cette séparation, on s'affranchit du temps de calcul prohibitif imposé par le coefficient de qualité très élevé du résonateur. Le comportement non linéaire de l'amplificateur est déterminé en boucle ouverte par une analyse temporelle réalisée à l'aide d'un simulateur électrique de type SPICE. Les résultats fournis par ce simulateur permettent de déterminer avec précision l'impédance non linaire équivalente de l'amplificateur, c'est-à-dire son impédance en fonction de la fréquence et de l'amplitude. L'analyse consiste ensuite à rechercher de manière itérative la solution en boucle fermée à partir d'une série d'analyses dipolaires en boucle ouverte et de définir avec précision les conditions de fonctionnement de l'oscillateur : fréquence, amplitude, puissance d'excitation du résonateur en régime permanent, régime transitoire et spectres de bruit d'amplitude et de phase. ADOQ permet également de déterminer la sensibilité des caractéristiques de l'oscillateur en fonction des variations.