电压控制振荡器VCO的锁相环的设计

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在锁相环路、锁相环或频率合成器,电压控制振荡器的性能,VCO是关键。

电压控制振荡器的性能管理的许多方面整个锁相环路的性能或频率合成器。因此精心设计是必要的。

高性能电压控制振荡器的设计,VCO,不是并不是一件容易的事情。考虑电路的组件使用和布局都扮演一个角色在决定性能。这需要坚实的理论设计,其次是仔细选择所有组件和PCB布局。即使有电路仿真,需要几个迭代VCO的布局。

VCO的需求

当设计一个电压控制振荡器、VCO、有几个参数,设计开始前必须考虑。这些定义关键性能参数所需的VCO。

• VCO调谐范围:很明显,电压控制振荡器必须能够调整在预计的范围循环操作。这个要求并不总是很容易满足,可能需要切换VCO或谐振电路在某些极端情况下。
• VCO调增益:电压控制振荡器的获得是非常重要的。这是测量的伏特每赫兹(或V / MHz等)。隐含的单位是优化转变对于一个给定的电压的变化。电压控制振荡器增益影响的一些整体循环设计考虑和计算。
  
  

  

  VCO响应曲线可以看到相对直接以更低的频率。但是他们通常平在更高的电压变化的变容二极管电容的减少。
• VCO V / f坡:它是一个关键的要求任何电压控制振荡器用于锁相回路的电压频率曲线是单调的,即它总是同样的变化,通常增加频率提高电压。如果它改变了,可能发生在某些情况下通常由于虚假的共振,等,这可能会导致循环变得不稳定。因此,必须避免如果锁相环路来操作。
  
  

  

  这条曲线显示了一个小泡,将导致锁相环路变得不稳定。
• 相位噪声性能:电压控制振荡器的相位噪声性能是特别重要的在一些锁相环的应用程序——尤其是它们用于频率合成器。电压控制振荡器的相位噪声性能的主导因素是相位噪声锁相环外环带宽。虽然在噪音减少了锁相环的作用,外环带宽没有减少VCO相位噪声。

这是一些主要的需求,需要从一开始就知道VCO的设计。小心优化问的调谐电路,特别是用变容二极管尽可能高的问,选择激活装置,优化内部振荡器的反馈。

VCO的反馈

像任何振荡器,VCO可能被视为一个放大器和一个反馈循环。放大器的增益可以表示为A和B的反馈。

周围的总移相电路的振荡回路必须360°和增益必须统一。这样信号反馈的循环,添加剂,因此,任何小扰动的循环反馈和建立。针对反馈网络的频率依赖性,积聚的信号将发生在一个频率,共振频率的反馈网络,产生一个单一频率信号。

许多振荡器,因此配装使用共发射极电路。这本身会产生相移180°,离开反馈网络提供180°。

其它振荡器或VCO电路可能使用一个公共基础电路没有发射极和集电极信号之间的相位偏移(假设使用双极型晶体管)和移相网络必须提供0°或360°。

振荡器的振荡在给定频率,该系统包括一个谐振电路,以确保振荡发生在一个给定的频率。谐振电路可以之一配置从一个LC谐振电路的串联或并联谐振取决于电路,或石英晶体等。

Colpitts &克拉普VCO电路

两个常用格式VCO Colpitts和克拉普振荡器电路。两个,Colpitts电路是应用最广泛的,但在它们的配置都是非常相似的。

这些电路作为振荡器,因为它是发现一个活跃的设备如双极型晶体管基极和发射极之间的电容放置(C1)和发射器和地面(C2)满足所需的标准提供足够的反馈在正确的阶段产生一个振荡器。振荡发生的比率C1, C2必须大于1。

谐振电路是由包括底部和地面之间的电感元件。在Colpitts电路这仅仅由一个电感器,而在克拉普电路电感器和电容器串联使用。

共振的条件是:

整体的电容谐振电路的系列组合是由两个串联电容C1和C2。在克拉普振荡器的情况下,电容器串联的电感也包含在系列C1和C2。

因此,系列电容:

为了使振荡器曲调有必要改变电路的谐振点。这最好通过添加一个电容器在原告的Colpitts振荡器。另外的克拉普振荡器,它可以与电感电容串联。

高频应用电路的感抗放置底部和地面之间往往是首选,因为它是不容易寄生振荡和其他异常。

选择VCO活跃的设备

可以使用双设备和场效应晶体管在VCO,使用相同的基本电路拓扑。双极型晶体管的低输入阻抗和电流驱动,而场效应晶体管具有很高的输入阻抗和电压驱动。高输入阻抗的场效应晶体管能够更好的保持调谐电路的问,这应该给一个更高层次的性能的相位噪声性能的维护问的调谐电路相位噪声的减少是一个关键因素。

另一个主要因素是闪烁噪声产生的设备。振荡器是高度非线性电路和因此闪烁噪声调制到VCO显然这表现为相位噪声。一般双极晶体管提供一个低水平的闪烁噪声,因此基于配装的周围提供一个优越的相位噪声性能。

VCO调优

压控振荡器,振荡器需要调谐电压。这可以通过让变容二极管的可变电容器。VCO的调整电压可以应用于变容器。

它会注意到控制线从相位检测器是孤立的变容二极管使用电阻器。射频堵塞不工作以及他们成为谐振电路的一部分,往往会引入伪共振的可能性和non-monotonic V / f曲线。电阻的值大约10 kΩ经常工作得很好。远低于和射频隔离提供不足,这可以降低Q调谐电路;比这更高的源阻抗可能太高了。可能需要一个小实验来找到最优值。

串联电容器C3是用来阻止直流电感否则它将提供一个直接短地面和电路的安排打乱了偏见。它的值通常是大型C1和C2与共振的角度可以忽略。

VCO变容二极管问题

变容二极管电压控制振荡器中使用时,必须注意在电路的设计,以确保驾驶水平调谐电路不是太高。如果是这种情况,那么变容二极管可能被迫向前传导,降低Q和增加虚假信号的水平。

有两种主要类型的变容二极管可用在VCO——名字指的是二极管的结,这会影响他们的表现。

• 突然:顾名思义,突然二极管,二极管的相对之间的过渡区域。而突然的变容二极管不提供如此高的调谐范围或线性传输特性他们问能提供高于超突变。这导致一个更好的电压控制振荡器相位噪声性能。另一点要注意的是,突然变容二极管可能需要调高电压提供所需的调谐范围,像一些二极管可能需要调整电压的VCO 50伏特或稍微不同。这可能会产生问题提供的电压供给足够高的电压驱动电路。
• 超突变:超突变二极管有一个相对线性电压:电容曲线。结果他们可能需要提供一个线性调谐特性,在某些应用程序中。他们也能够调整范围,并可能通常调整在一个八度范围不到20伏调谐电压的变化。但是他们不提供特别高水平的问:这将减去调谐电路的整体问这将意味着相位噪声性能是一样好,可获得使用突然变容二极管。

电压控制振荡器设计远琐碎尽管表面上的简单电路。通常的设计需要仔细优化反馈水平结合设备和布局。VCO的设计需要小心平衡的需要经常相互冲突的需求像宽调谐范围和低相位噪声。

一旦完全的设计优化和设计完成,性能可以达到的水平都特别好。

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