压控振荡器的电路设计2

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1、压控振荡器的电路设计1绪论1.1压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。这种电路称为压控振荡器，又称为VCO或u-f转换电路。怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比，即压控振荡器。其特性用输出角频率与输入控制电压之间的关系曲线(图1.1)来表示。图中为零时的角频率，（，0）称为自由振荡角频率；曲线在（，0）处的斜

2、率称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。图1.1压控振荡器的控制特性压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC第32页共32页压控振荡器的电路设计压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高

3、，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心。在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。VCO对电子系统的性能、尺寸、重量和成本都有决定性的影响。相位噪声是VCO的一项关键参数。低相位噪声的VCO将提高

4、通信系统的频带利用率，增加数据传输系统的数据传输速率，这是VCO对电子系统产生重要影响的一个例证。电子装置和电子系统的发展不断推动着VCO技术的更新与进步。从现代和将来的无线系统，特别是无线移动通信系统，不仅具有很高的工作频率，而且对小型化，轻量化，高性能化，多功能化，低功耗化和低成本化方面的要求不断提高且日益迫切。为适应这一需求，人们利用先进的微电子技术。表面安装技术(SMT).表面安装元器件(SMC和SMD)技术和现代电路设计等，建立了全新的VCO技术，开发了许多工作频率高，性能优异，体积微校价格合理的VCO产品投放市场，形成了新一代微波VCO系列[1]。20世纪80年代

5、末、90年代初，移动电话迅速发展，对带封装的振荡器组件的需求也日益增长。这为VCO组件的发展提供了难得的市场机遇。随着新型无线应用领域的不断发展，各VCO组件厂商开发了适合不同应用领域所需频率的产品。由于表面安装元件的不断小型化，新开发的VCO组件的尺寸也越来越小，成本也越来越低。VCO组件在15年中其尺寸急剧减小，满足了蜂窝电话等新型无线移动装置对小型化的要求。20世纪90年代末期，出现了一种尺寸更小、成本更低的VCO技术，这就是单片集成VCO技术。单片集成VCO是一种半导体集成电路器件，其全部电路元件均集成在同一芯片上。这种器件像VCO组件一样，是一个完整的VCO，具有封

6、装和外引线。首批单片集成VCO采用2英寸GaAsIC工艺和单片微波集成电路（MMIC）技术制造，是为卫星接收机和雷达系统研制的。其工作频率高达数GHz，但成本高昂。大多数早期单片GaAsVCO的研究工作都是针对军事应用展开的，很少涉及民用领域。在20世纪80年代，Si-IC技术还是一种低频技术，不能为单片集成VCO提供上千兆赫兹的工作频率和所需的带宽[2]。经过研究与开发，1990年Si-IC技术在高频化和无源元件集成方面获得重大进展，开发成功工作频率很高的晶体管、变容二极管和单片集成的高Q第32页共32页压控振荡器的电路设计值电感器与高频电容器。这为高频硅单片集成VCO的研

7、究与开发奠定了技术基础。无线移动通信系统的发展，要求大批量提供成本低、体积小、工作在800～2500MHz频段的VCO。人们为此开展了大量的研究与开发工作。硅单片VCOIC由高频双极晶体管IC技术和SiCMOS-IC技术研制而成。在硅单片VCOIC的研制过程中，学术研究机构通常采用获得广泛应用的SiCMOS-IC技术，而工业界则采用RFIC专用的BiCMOS技术。硅单片集成VCO体积更小、成本更低并适合大批量生产的产品，而且可以采用RF收发前端的工艺技术进行制造。这表明，VCO可以与混频器、低噪声放大器