免调中频VCO的实现

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1、免调中频VCO的实现 (图)分立元件VCO能够提供足够的自由度来满足大多数系统的性能要求（调谐范围、输出功率、相位噪声、电流消耗等等）。然而，对于具有较大批量、价格敏感的现代产品，振荡频率的生产线调整是不可接受的。这迫使射频工程师必须设计出一个不需要在安装过程中调整的VCO，即免调节VCO。这项设计任务并不简单，除了要掌握VCO的基本设计原理外，还需要射频工程师花费大量精力来保证设计的一致性，而且在各种因素（如元件参数、温度及电源电压等）允许的变化范围内，振荡器始终调谐在正确的频率。本文试图对这项任务的重要性给出一个评价，同时解释一些

2、和免调节中频VCO设计有关的问题。VCO结构----有多种可行的振荡器结构都可用于构建一个实用的射频VCO，其中一种已经在许多商品化VCO模块和不计其数的分立VCO电路中得到了成功应用，这就是Colpitts共集电极电路（图1）。该结构可用于很宽的工作频率范围，从中频直到射频。 图1:基本Colpitts振荡器广告插播信息维库最新热卖芯片：A3958SLBCT-L61DT81-IM-AAACE9020BRCL10487N80C198W86C453PD78P322LLM4753THEF4093BTS9014----灵活、廉价、并具有足够

3、高性能的VCO可基于一个由廉价的表贴电感和变容二极管组成的电感-电容（LC）谐振槽路组成。振荡器槽路是一个并联谐振电路，控制着振荡频率，电感或电容的任何变化都会改变振荡频率。电感和压变电容能够以并联或串联模式的网络形式实现可变谐振。并联模式网络（图2）可用于较低频率，因为大值压变电容难以实现而电感可以做得比较大。并联模式配置还使于对振荡器做直观地分析。 图2:Colpitts结构用于VCO----对于Colpitts振荡器可以采用一种简化的、精确性稍差的方法来加以分析，并得到一组更清晰、更直观的设计方程，有助于一阶振荡器的设计。首先，

4、Colpitts振荡器可重画为一个带有正反馈的LC放大器（图3）。这个视点易于计算环路增益、振荡幅度和相位噪声。为了描述启动过程和振荡频率，最初的电路也可重画为一个负阻加谐振器结构（图4）。从上述两个视点得到的一系列方程联合起来构成一组Colpitts振荡器的设计方程（Meyer1998）。 图3：LC放大器模型 图4：映像放大器模型Colpitts振荡器的基本设计方程----在图2中，不考虑分布参数，并假定CC>>C1和C2，并有C1>Cπ（Cπ为三极管基-射结电容）。振荡频率可按下式计算：----f0=1/(2π√(L*CT)),

5、  CT=CV+C12...........................(1)----CV=(CVAR*C0)/(CVAR+C0),  C12=(C1*C2)/(C1+C2)----谐振电路的品质因数（QT）可按下式计算：----QV≌1/(2π*CV*RS*F0),  RQC=QV2*RS..........................(2)----QT≌REQ/(2π*L*F0),  REQ=RQL‖RQC----振荡幅度可按下式估算：----V0=2*IQ*REQ*(J1(β)/J0(β)),   V0=IQ*REQ*1

6、.4.............(3)----环路增益和起振条件按下式计算：----环路增益=gm*REQ*1/n,  当n=(C1+C2)/C2.......................(4)----起振条件：----gm/((2π*C1*f0)(2π*C2*f0))>>(REQ/QT2)....................(5)----距离中心频率一定频偏（fm）处Colpitts振荡器的相位噪声（PN）可按下式计算：----PN=in2*(1/V02)*[f0/(2Q0)]2*(REQ2/fm)..............

7、.......(6)----上述公式中：Co=压变电容耦合电容：CT=总谐振电容；CVAR=压变电容；fm=以Hz为单位的相位噪声频偏；fo=振荡频率；gm=双极晶体管跨导；in=集电结散粒噪声；IQ=振荡晶体管偏流；QL=电感Q；QT=谐振电路Q；QV=等效压变电容Q；REQ=谐振电路等效并联电阻；RS=压变电容串联电阻；VO=谐振电压均方根值。免调节VCO的设计考虑----免调节VCO从概念上讲非常简单。只要振荡器具有足够宽裕的调谐范围来消除所有的误差源（如元件容差）所引起的频率偏移，振荡频率的调整就可以省去。初看起来，这项任务非

8、常简单明了，只需提供足够的调谐范围来覆盖所有的误差源即可。然而，对于一个给定的调谐电压范围，有限的可变电容限制了频率调谐范围，而且，VCO的电性能要求往往进一步将调谐范围限制在更窄的区间内。另外，过大的调谐范围还会给振荡