ads设计压控振荡器 vco

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1、应用ADS设计VCO1.振荡器的基本知识和相关指标1.1振荡器的分类：微波振荡器按器件来分可以分为：双极晶体管振荡器；场效应管振荡器；微波二极管(踢效应管、雪崩管等)振荡器。按照调谐方式分可以分为：机械调谐振荡器；偏置调谐振荡器；变容管调谐振荡器；YIG调谐振荡器；数字调谐振荡器；光调谐振荡器。1.2振荡器的主要指标：①振荡器的稳定度：这里面包括：频率准确度、频率稳定度、长期稳定度、短期稳定度和初始漂移。频率准确度是指振荡器实际工作频率与标称频率之间的偏差。有绝对频率准确度和相对频率准确度两种方法表示。绝对频率准确度：其中－实际工作频率；－标称频率。相对频率准确度式绝对频率准确度与标

2、称频率准确度的比值，计算公式为：②频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值，也有两种表示方法：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。频率稳定度还可以分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度。③调频噪音和相位噪音：在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。振荡频率的随机起伏称为瞬间频率稳定度，频率的瞬间变化将产生调频噪音、相位噪音和相位抖动。振荡幅度的随机欺负将引起调幅噪音。一次，振荡器在没有外加调制时，输出的频率不仅含振荡频率f0，在f0附近还包含有许多旁频，连续分布在f0两边。如下图所示，纵坐标是功率，f0处是载波，

3、两边是噪音功率，包括调频噪音功率和调幅噪音功率。图1正弦信号的噪声边带频谱图2相位噪声的定义如图2所示，（单边带）相位噪声通常用在相对于载波某一频偏处，相对于载波电平的归一化1Hz带宽的功率谱密度表示（dBc/Hz）。1.3振荡器的物理模型下图所示的是振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。图3本节论述的振荡器采用共基极反馈振荡器，这种类型的振荡器的物理模型如下图所示。图4图5电路组态在微波频率范围内的低频端，常应用集中元件构成振荡器，基本的振荡器电路组态有三种：考毕兹型、哈特莱型及克拉泼型振荡器。如图5所示。考毕兹型(a)应用一电容器作为调谐电路中的分压器，

4、以提供适当的回授能量。哈特莱型(b)应用一抽头式电感调谐电路，而克拉泼型振荡器(c)则相似于考毕兹型，不同的式另外用了一只电容与电感相串连，以改善频率稳定性。在较高的微波频段内，晶体管的极间电容、包括封装寄生电容可提供部分或者全部的回授作用。另外加入反馈网络的目的，则在于增加负阻电阻值，以获得最佳功率输出。振荡器的直流偏置：微波双极晶体管、场效应晶体管偏置电路的设计如同振荡器的射频电路设计一样重要。因为它关系到微波振荡的稳定性、相位噪音、功率、效率的高低，故应当正确设计偏置电路，并选择最佳直流工作点，以达到最高的射频性能。设计的原则取决于应用。例如用作低噪声振荡器：采用硅双极晶体管时

5、Vce可以在5－10V、Ice可在3－8mA内选择；采用砷化镓场效应管时VDS大概为3.5V，IDS大概为8－10mA，一般选择相当低的漏源电压VDS和电源IDS。1.4微固态振荡源的设计方法微固态振荡源的传统设计方法，是设计者从给定的技术指标出发，选择振荡器件及电路形式，按简化的等效电路或图解方法，按照现有的设计资料或者以往的经验，初步设计制成电路，调测其特性，然后根据所测性能与技术要求进行比较。如果不满足给定指标，再修改电路直到满足要求为止。而引入了微波电路设计CAD后，这个过程可以作出适当的调整，调整为：定模、分析、最优化。2设计目标设计一个VCO，要求工作在2.3GHz左右，

6、带宽为400MHz左右。3硅双极性管等效模型分析模型本节的振荡器采用HP公司生产的AT41411硅双极管。主要的指标有：低噪音特性：1GHz时噪音系数是1.4dB；2GHz时噪音系数是1.8dB；高增益：1GHz是增益为18dB；2GHz时增益为13dB；截至频率是：7GHz，有足够宽的频带；直流偏置：Vce＝8V；Ic＝10mA封装形式：STO143因为该振荡器工作的频率有2GHz这么高，这个时候晶体管之间的结电容和封装管子引入的引线电感和分布电容就必须要考虑了。图6是双极性硅管的高频信号模型，具体的典型参数值在后表。图7是考虑了封装后的双极性硅管的高频信号模型，具体的典型参数值也

7、见后表。由于这些参数HP公司是没有提供的，只提供了S参数，所以我们不能用这种小信号模型来做仿真，只能利用这些小信号模型来估算振荡器其他部件的参数值。HP_AT41411在ADS的器件库里面带有，可以直接使用。图6图7符号元件名典型值Re2发射极扩展电阻8.6ohmRe1发射极空间电荷电阻0.7ohmRs集电极扩展电阻7.0ohmCe发射极－基极结电容1.0pFCc集电极－发射极电容0.005pFCce集电极－发射极电容0.05pFRb基极扩展电阻14.7o