壓控振蕩器原理和應(yīng)用說明

壓控振蕩器（VCO）應(yīng)用范圍用于各種發(fā)射機(jī)載波源、擴(kuò)頻通訊載波源或作為混頻器本振源?；竟ぷ髟砝米?nèi)莨芙Y(jié)電容Cj隨反向偏置電壓VT變化而變化的特點(diǎn)（VT=0V時(shí)Cj是最大值，一般變?nèi)莨躒T落在2V-8V壓間，Cj呈線性變化，VT在8-10V則一般為非線性變化，如圖1所示，VT在10-20V時(shí)，非線性十分明顯），結(jié)合低噪聲振蕩電路設(shè)計(jì)制作成為振蕩器，當(dāng)改變變?nèi)莨艿目刂齐妷?，振蕩器振蕩頻率隨之改變，這樣的振蕩器稱作壓控振蕩器（VCO）。壓控振蕩器的調(diào)諧電壓VT要針對(duì)所要求的產(chǎn)品類別及典型應(yīng)用環(huán)境（例如用戶提供調(diào)諧要求，在鎖相環(huán)使用中泵源提供的輸出控制電壓范圍等）來選擇或設(shè)計(jì)，不同的壓控振蕩器，對(duì)調(diào)諧電壓VT有不同的要求，一般而言，對(duì)調(diào)諧線性有較高要求者，VT選在1-10V，對(duì)寬頻帶調(diào)諧時(shí)，VT則多選擇1-20V或1-24V。圖1為變?nèi)荻O管的V—C特性曲線。壓控振蕩器的基本參數(shù)1工作頻率：規(guī)定調(diào)諧電壓范圍內(nèi)的頻率范圍稱作工作頻率，通常單位為“MHz”或“GHz”。2輸出功率：在工作頻段內(nèi)輸出功率標(biāo)稱值，用Po表示。通常單位為“dBmw”。3輸出功率平穩(wěn)度：指在輸出振蕩頻率范圍內(nèi)，功率波動(dòng)最大值，用AP表示，通常單位為“dBmw”。4調(diào)諧靈敏度：定義為調(diào)諧電壓每變化1V時(shí)，引起振蕩頻率的變化量，用MHz/△VT表示，在線性區(qū)，靈敏度最高，在非線性區(qū)靈敏度降低。5諧波抑制：定義在測(cè)試頻點(diǎn)，二次諧波抑制=10Log（P基波/P諧波）（dBmw）。6推頻系數(shù)：定義為供電電壓每變化1V時(shí)，引起的測(cè)試頻點(diǎn)振蕩頻率的變化量，用MHz/V表示。7相位噪聲：可以表述為，由于寄生寄相引起的雜散噪聲頻譜，在偏移主振fO為fm的帶內(nèi)，各雜散能量的總和按fin平均值+15f0點(diǎn)頻譜能量之比，單位為dBC/Hz；相位噪聲特點(diǎn)是頻譜能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪測(cè)量值就越大，目前測(cè)量相噪選定

的fm有離FOlKHz、lOKHz和lOOKHz幾種，根據(jù)產(chǎn)品特性作相應(yīng)規(guī)定。產(chǎn)生相噪的因素主要是寄生寄相，但影響寄生寄相的因素較多，較為復(fù)雜，不同VCO產(chǎn)品在提高相噪指標(biāo)方面都會(huì)采取相應(yīng)設(shè)計(jì)思路和工藝措施。83dB調(diào)制帶寬：是指特定用途的VCO在作調(diào)頻使用時(shí)，調(diào)制信號(hào)（視頻）為1V時(shí)，產(chǎn)P－P生的調(diào)頻頻帶寬度，主要由雙端壓控作調(diào)頻時(shí)用戶的要求作出設(shè)計(jì)。壓控振蕩器的使用建議l作為調(diào)幅或脈沖調(diào)制的載頻頻率源時(shí)，對(duì)振蕩頻率穩(wěn)定度和精度要求較高，多采用鎖相合成源，由于頻率調(diào)整方便，精度高，在1-3GHz或更高微波頻段上廣泛采用；鎖相合成源原理方框如圖2。圖2鎖相合成源原理方框圖2在射頻及微波波段直接作調(diào)頻使用，這是VCO獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以獲得較寬的調(diào)頻帶寬和較好的特性，電路框圖如圖3。圖中為單端壓控情況，在通訊中專門設(shè)計(jì)雙端壓控產(chǎn)品其中一控制端為鎖定相位控制中心頻率端VT1，另一端接音視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)的調(diào)制端VT2。VS（調(diào)制）圖3射頻及微波領(lǐng)域直接調(diào)頻框圖3頻率跟蹤系統(tǒng):VCO結(jié)合數(shù)字鑒相和分頻技術(shù)，制成對(duì)微弱載頻訊號(hào)頻率的再生訊號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤，圖4。圖4圖4頻率自動(dòng)跟蹤網(wǎng)絡(luò)框圖4多倍頻程控掃源：采用VCO掃描振蕩結(jié)合混頻技術(shù)，可以方便地獲得多倍頻程程控掃描電路，例如：產(chǎn)生1MHz?1GHz程控掃源，實(shí)現(xiàn)原理如圖5所示。低通可程控電壓合成掃描發(fā)生器卜振蕩器壓控寬帶混頻低通| 」帶寬穩(wěn)幅濾波器―放大器—?本振信號(hào)（L（點(diǎn)頻）

圏程控掃源框圖5點(diǎn)頻或捷變頻合成源作接收機(jī)本振，制作方便，調(diào)整工藝也較簡(jiǎn)單，在L和S波段電視傳播和通訊系統(tǒng)應(yīng)用極廣泛。6作I/Q調(diào)制和解調(diào)用VCO,目前廣泛采用擴(kuò)頻、跳頻、抗干擾通訊，由于I/Q調(diào)制和解調(diào)的特殊性，在系統(tǒng)載波前端混頻，或上變頻，解調(diào)中頻等不同頻段都使用VCO，對(duì)相噪指標(biāo)和工作帶內(nèi)雜散頻譜的抑制有較嚴(yán)格的要求。對(duì)VCO射頻輸出端負(fù)載遷移現(xiàn)象有嚴(yán)格限制，因此這一類應(yīng)作專門的設(shè)計(jì)，而一般都作窄帶低相噪設(shè)計(jì)和制作，寬帶電路設(shè)計(jì)難度大，成本高。圖6為I/Q解調(diào)應(yīng)用示例：① VCO—I/Q解調(diào)器—濾波器—訊號(hào)處理器_環(huán)路濾波器 音視頻放大器圖6I/Q解調(diào)應(yīng)用示例注意事項(xiàng)：>單獨(dú)VCO一般不單獨(dú)作為本振源、載波調(diào)制源或信號(hào)源使用，因?yàn)轭l率穩(wěn)定度差。VCO與鎖相環(huán)構(gòu)成頻率源時(shí)，必須有良好的環(huán)路設(shè)計(jì)才能獲得良好的相噪和頻率穩(wěn)度。VCO使用線性范圍只占fO/VT特性一部分，對(duì)于線性有要求應(yīng)用VT在2-8內(nèi)選擇較合理。VCO調(diào)頻范圍寬，VT變化大，相噪相應(yīng)變化也大，因此低相噪使用應(yīng)選適當(dāng)?shù)念l帶

寬度。指標(biāo)特點(diǎn)：?采用電調(diào)變?nèi)莨芙Y(jié)合低噪聲振蕩原理，一體化設(shè)計(jì)-小體積?低相噪?高可靠?具有極廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域VCO表JLC040701JJLCO50701JJLCO60701JJLCO70701JJLCO80701JJLCO90701JJLCO12801JJLCO18801JJLCO23801JJLCO29801J工作頻

率(MHz)350-450450-550550-650650-750750-850850-9501050-15001150-25001250-35001350-4500輸出功率(dBmw)10101010101010101010調(diào)諧電壓

(V)1-101-101-101-101-101-101-101-101-101-10調(diào)諧靈

敏度

(MHz/V)12-1412-1412-112-1412-1412-1412-1412-1412-1412-14相位噪聲

(dBC/Hz)lOKHz90909090909090909090lOOKHz100100100100100100100100100100諧波抑制

(dBc)20202020202020202020推頻系數(shù)0.30.30.30.350.350.350.40.40.40.4電源V/mA12/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/30JLC040701JJLCO50701JJLCO60701JJLCO70701JJLCO80701JJLCO90701JJLCO12801JJLCO18801JJLCO23801JJLCO29801J工作頻

率(MHz)350-450450-550550-650650-750750-850850-9501050-15001150-25001250-35001350-4500輸出功率(dBmw)10101010101010101010調(diào)諧電壓

(V)1-101-101-101-101-101-101-101-101-101-10調(diào)諧靈

敏度

(MHz/V)12-1412-1412-112-1412-1412-1412-1412-1412-1412-14相位噪聲

(dBC/Hz)lOKHz90909090909090909090lOOKHz100100100100100100100100100100諧波抑制

(dBc)20202020202020202020推頻系數(shù)0.30.30.30.350.350.350.40.40.40.4電源V/mA12/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/3012/30結(jié)構(gòu)型號(hào)JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1*JO-1引腳：2：RF輸出；1：電壓；8：調(diào)諧電壓；3、4、5：Ground注：*結(jié)構(gòu)可根據(jù)用戶要求制作VCO表二型號(hào)頻率范圍(MHz)輸出功率(dBmw)相位噪聲dBC/Hz調(diào)諧電壓(V)調(diào)諧靈敏度(MHz/V)諧波抑制(dBc)雜散(dB)電源(V/mA)10KHz100KHzJCO20601J15-25101001251-121-3>20>6012/34JCO37601J25-50101001301-122-3>20>6012/34JCO56601J37.5-75101001301-123-4>20>6012/34專用外形結(jié)構(gòu)JCO11701J75166—6.8>20>60JCO15701J100—20010981201—167—8.6>20>60JCO22701J150—30010981201—169—12>20>60JCO30701J200—40010951201—1613.4—17>20>60JCO56701J300—53510901151—1611—24>20>60JCO62701J485—76510901101—1618—27>20>60JCO65701J500—80010901101—1616—40>20>60JCO70701J500—90010901101—1616—40>20>60JCO80701J 600—1000 10901101—1630—44>20>60JCO91701J 700—1125 10901101—1621—36>20>60JCO10701J800—130010901101—1618—32>20>60JCO12801J900—160010901101—1621—43>20>60JCO14801J1000—180010901101—1630—50>20>60JCO17801J1400—200010901091—1240—55>20>6