采用硅双极型ic简化vco设计

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1、采用硅双极型IC简化VCO设计 压控振荡器（VCO）的频率随着作用在其调谐端口的电压而改变，在锁相环内（PLL），VCO为超外差接收机内部的频率转换提供稳定的本振（LO）信号。VCO还可用于发送链路，将基带信号上变频至射频（RF）以便通过电视广播传送。 压控振荡器（VCO）的频率随着作用在其调谐端口的电压而改变，在锁相环内（PLL），VCO为超外差接收机内部的频率转换提供稳定的本振（LO）信号。VCO还可用于发送链路，将基带信号上变频至射频（RF）以便通过电视广播传送(图1)。图1.典型的超外差接收机框图，VCO是PLL的一个组

2、成部分设计考虑进行VCO设计时，必须考虑下列重要参数，其中最需要考虑的是VCO的相位噪声:·输出电平，用dBm表示(dB对应与1mW)·输出谐波电平，用dBc表示(dB对用于载波功率)·调谐灵敏度，用Hz/V表示·振荡频率的负载牵引，用Hzp-p表示(对于给定的负载，电压驻波比（VSWR）旋转360°)·频率推移，用Hz/V表示,在偏置电压改变的情况下·VCO相位噪声,用dBc/Hz表示,在给定的频偏下以下将分别讨论各参数的定义。输出电平在典型的超外差接收机中，由于VCO除了驱动混频器外，还要推动PLL频率合成器的射频预分频器，

3、因此，通常需要一级缓冲放大，提供负载隔离、同时增大负载驱动能力。输出谐波电平输出谐波电平是用来衡量VCO输出能量中谐波所占比例，这些谐波电平通常小于-15dBc。振荡器内部有源器件的非线性自限幅是其产生根源。振荡器需要剩余增益弥补谐振损耗，但过大的剩余增益将造成更强的限幅，产生的谐波成分也更多。因此，设计人员必须在降低谐波电平与保证振荡器起振所需过量增益之间折中考虑。调谐灵敏度调谐灵敏度是一个系统级的指标，是所需调谐频率范围与最大调谐电压之比，单位为Hz/V。调谐灵敏度反比于带载振荡器槽路的品质因子Q。调谐灵敏度越高，振荡器的品

4、质因子Q应该越低。另外一个重要且必须考虑的因素是在整个调谐频率范围内调谐灵敏度的变化。如果VCO的调谐灵敏度在调谐频带内有显著变化，PLL频率合成器的性能将受到影响。典型的PLL（锁相环路）中，增益最高的器件就是VCO，通常具有数十MHz/V的调谐灵敏度。如此之高的增益，会由于调谐端的噪声而产生不希望的调制边带，因此设计人员应该尽量减小调谐端的噪声。负载牵引负载牵引用来度量自由振荡VCO对输出端负载变化的灵敏度。具体测试需要一个失配负载阻抗和长度可调的传输线。将VCO与失配阻抗连接起来，通过调节传输线长度使相位角改变360°，测

5、量频率变化的峰值范围。负载牵引定义为：在给定的负载电压驻波比（VSWR）、相位差变化360°时频率移动的峰-峰值。式1描述了VSWR与负载阻抗失配的关系:式1:其中:VSWR=电压驻波比Γ0=负载反射系数:入射波与反射波的电压比（在负载端）ZL=负载阻抗Z0=传输线特征阻抗采用缓冲放大器是减小VCO对负载变化敏感度最常用的手段。频率推移频率推移是用来衡量自由振荡的VCO对其偏置电源电压改变的敏感程度。定义为在给定的范围内改变电源电压时，输出频率的变化量除以电压差所得到的商，单位为Hz/V。如果VCO的频率推移因子介于主调谐电压灵

6、敏度的5%~10%之间，就可以认为该VCO设计得好。MAX2620是频率推移性能优异VCO的典型代表，其调谐端灵敏度为10.4MHz/V，而频率推移敏感度仅有71KHz/V，比调谐端灵敏度低1%。VCO相位噪声自由振荡VCO的相位噪声是噪声边带电平与载波功率电平的相对值。在典型测量中，通过观察VCO在频谱分析仪上的输出，在给定的偏移频率（相对于载波频率）处1Hz带宽内的测量噪声电平。通过测试不同频率偏移下的噪声电平、并在每种情况下适当改变IF带宽的间隔，带有特殊固件的现代频谱分析仪器能够产生一条曲线，用来表示单边带相位噪声随频率

7、偏移的变化。具有较低相位噪声的振荡器（如：晶体振荡器）无法用频谱分析仪进行测量，因为对其LO相位噪声的限制过高。例如，惠普公司的8561RF频谱分析仪,它在100Hz频点规定相位噪声限制为-80dBc/Hz；1kHz时相位噪声限制为-97dBc/Hz；在10kHz时相位噪声限制为-113dBc；在30kHz时相位噪声限制为-113dBc；在100kHz时相位噪声限制为-113dBc。而典型的晶体振荡器在对应的每一频偏处相位噪声要低30dB至40dB。对于如此高品质的振荡器，要想精确测量相位噪声需要采用特殊技术。由一个关键因素直接

8、影响自由振荡VCO的相位噪声，所有这些因素包含在2式中，式2适用于估算振荡器单边带噪声的公式。式2:其中:L(fM)=单边带相位噪声，用dBc/Hz表示,是相对于载波频偏的函数。fO=输出频率，单位HzQL=加载后槽路的Q值(考虑有源负载和所有寄生参数后的槽路)