压控振荡器-振荡频率约为1.8GHz
利用ADS设计VCO的实例
管子的选取
设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅双 极管[12]，变容二极管选MV1404。 极管[12]，变容二极管选MV1404。 AT41411的主要指标有： AT41411的主要指标有： 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪 音系数是1.8dB； 音系数是1.8dB； 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为 13dB； 13dB； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；
按Eqn编辑公式： Eqn编辑公式： 这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进 这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进 行一个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是 行一个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是 m3和m4之间的频谱。 m3和m4之间的频谱。
同时原理图设计窗口打开
VCO的设计 VCO的设计
设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是管 子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子 的参数 ，选好三极管和变容二极管；第二步是根 据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏 置电阻；第三步是确定变容二极管的VC特性，先 置电阻；第三步是确定变容二极管的VC特性，先 由指标（设计的振荡器频率）确定可变电容的值， 然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；第四 然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；第四 步是进行谐波仿真，分析相位噪音，生成压控曲 线，观察设计的振荡器的压控线性度。
压控振荡器的指标
压控振荡器（VCO）的主要指标包括：
1. 频率：振荡器的输出信号的重复率，以赫兹（Hz）为单位，即每秒所包含的周期数。
频率稳定性是振荡器的基本性能指标之一，参考额定输出频率通常以百万分率（parts per million，ppm）或十亿分率（parts per billion，ppb）计。
2. 调谐范围：调节输出频率的变化范围，即振荡器的最大调谐频率和最小调谐频率的差值。
压控振荡器要有足够大的调谐范围才能满足输出频率达到所需要的值。
3. 调谐增益：即压控振荡器的灵敏度，是指单位的输入电压与输出频率的变化，一般用Kv表示，单位是Hz/V。
在实际应用上讲，压控器的灵敏度越高，噪声响应在控制线路上越强，结果干扰输出频率就越大，就会使压控振荡器的噪声性能降低。
所以需要寻找VCO的增益和噪声性能的平衡。
除此之外，压控振荡器的中心频率指的是频率调节范围的中间值，即振荡器频率的最大值和最小值的中间值，中心频率的大小取决于振荡器的结构和元器件参数，而且还随着工艺和温度相应改变。
以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
1.8GHz宽带低相位噪声CMOS压控振荡器设计
ＭＨｚ Ｔ ｅｐ ｗ ｒ ｏ ｓｍｐｉｎｏ ｅｃ ｃ ｉ ｗ ｓ９ ３ ． ｈ ｏ ｅ ｎｕ ｔ ｆ ｈ ｉ ｕｔ ａ ． ６ｍＷ（ ． ｃ ｏ ｔ ｒ １ ８Ｖ×５ ２ｍＡ） ． ．
Ｋｅ ｒ ：ＶＣＯ ； ｗｉｃ ｎ — ａ ａ ｉａ ｃ ｒ ａ ＬＣ ｏｓ ｉ ｅ ； ａ ｅ ｎ ｉｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓ ｔｈｉ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｅａ ｒ ｙ； ｎ ｉｅ ｆｌ ｒ ｐｈ ｓ ｏ ｓ ｔ
维普资讯
第 ３ ４卷 第 ６期 ２ ００ ７ 年 ６ 月
湖
南
大
学
学
报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖｏ ． ４． ． Ｉ３ Ｎｏ ６
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｎｎＵｎｖｒｉ （ ａｕａ Ｓ ｉ ｃｓ ｏ ｒａ ｏ ａ ｉｅ ｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ） Ｈｕ ｓｙ ｅ
（ ｏｌ ｅｏ ｈ ｓ ｓａ ｄ Ｍｉ ｏ ｌ ｔ ｎ ｓ ｉ ｃ 。 ｕ ａ ｉｖ Ｃ ａ ｇ ｈ 。 ｎ ｎ ４ ０ ８ 。 ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｙ ｉ ｎ ｃ ｅ ｃｒ ｉ ｅ ｅ Ｈ ｎ ｎ Ｕｎ 。 ｈ ｎ ｓ ａ Ｈｕ ａ １ ０ ２ Ｃ ｉａ ｅ Ｐ ｃ ｒ ｅ ｏ ｃＳ ｎ ｃ
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压控振荡器原理和应用说明
压控振荡器（VCO）一应用范围用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。
二基本工作原理利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。
压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。
图1为变容二极管的V－C特性曲线。
(V)T图1变容二极管的V－C特性曲线三压控振荡器的基本参数1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。
2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。
通常单位为“dBmw”。
3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dBmw”。
4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。
5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。
6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。
7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定的fm 有离F0 1KHz 、10KHz 和100KHz 几种，根据产品特性作相应规定。
压控振荡器（VCO）
压控振荡器（VCO）一应用范围用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。
二基本工作原理利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。
压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。
图1为变容二极管的V－C特性曲线。
(V)T图1变容二极管的V－C特性曲线三压控振荡器的基本参数1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。
2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。
通常单位为“dBmw”。
3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dBmw”。
4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。
5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。
6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。
7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定的fm有离F0 1KHz、10KHz和100KHz几种，根据产品特性作相应规定。
基于标准CMOS工艺压控振荡器(VCO)设计
基于标准CMOS工艺压控振荡器（VCO）设计作者：南志坚刘鸿旗来源：《科技资讯》2014年第02期摘要：近年来随着无线通信系统的迅猛发展和CMOS工艺的不断进步，对CMOS 无线射频收发机要求越来越高。
低成本、小型化、宽频带、低噪声、更高的工作频段是未来射频收发机设计所要努力的方向。
压控振荡器（voltage-controlled oscillator， VCO）作为频率综合器的关键组成部分，对频率综合器的频率覆盖范围、相位噪声、功耗等重要性能都有直接影响，文章经过对VCO性能参数的分析，介绍了一些压控振荡器性能优化方法。
关键词：振荡器施密特触发器环形振荡器 CSA中图分类号：TD61 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0123-02压控振荡器（voltage-controlled oscillator， VCO）是一种以电压输入来控制振荡频率的电子振荡电路，是现代无线电通信系统的重要组成部分。
在当今集成电路向尺寸更小、频率更高、功耗更少、价格更低发展的趋势下，应用标准工艺设计生产高性能的压控振荡器已是射频集成电路中的一个重要课题。
尤其在通信系统电路中，压控振荡器（VCO）是其关键部件，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。
1 压控振荡器（VCO）原理1.1 概述压控振荡器是在振荡器的基础上引入控制端，实现电压控制振荡频率的功能。
振荡器是通过自激方式把直流电能变换为交流电能的一种电子线路。
构成VCO的第一步，是实现一个振荡器，然后添加一个中间级使输入电压可以控制振荡频率（但在有些情况，控制信号可能为电流）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
1.2 压控振荡器基本架构和原理压控振荡器主要有环形振荡器和负阻型振荡器两种结构，环形振荡器具有线性度好，功耗小，成本低，易于集成，调节范围宽，结构简单易于实现等优点，因此在时钟类型的应用和低中频通信系统中得到了广泛的应用。
《压控振荡器设计》课件
设计软件与工具
制版软件
用于绘制电路板图，如 AutoCAD、Eagle等。
仿真软件
用于方案设计和电路仿真 ，如Multisim、SPICE等 。
调试工具
用于测试和调试电路，如 示波器、信号发生器等。
文档编写软件
用于整理技术文档，如 Microsoft Office系列软 件等。
03
压控振荡器的性能分析
性关系。
相位噪声测试结果
在100MHz偏移处，相位噪声为90dBc/Hz，表现出良好的性能。
温度稳定性测试结果
在-55℃至85℃的温度范围内，压控 振荡器的频率变化小于±2MHz，表 现出良好的温度稳定性。
06
压控振荡器的应用案例
应用场景一：无线通信系统
总结词
无线通信系统是压控振荡器最广泛的应用领域之一，用于产生和调节信号频率 。
详细描述
在无线通信系统中，压控振荡器作为关键元件，用于生成和调节信号频率。它 可以根据外部电压或控制信号的变化来改变输出信号的频率，从而实现信号的 调制和解调。
应用场景二：雷达系统
总结词
雷达系统利用压控振荡器产生高频电磁波，用于目标探测和 定位。
详细描述
雷达系统通过发射和接收高频电磁波来探测目标并确定其位 置。压控振荡器在雷达系统中作为发射信号的源，其输出信 号的频率和相位可以通过外部控制信号进行调节，以满足不 同探测需求。
优化策略
减小元件误差
选用高精度元件，减小误差对振荡器性能 的影响。
优化电路布局
合理布置元件位置，减小分布参数对振荡 器性能的影响。
调整元件参数
根据测试结果，对元件参数进行适当调整 ，优化振荡器性能。
采用负反馈技术
压控振荡器实验报告
× ������
������������
������ −������������
二、实验内容
（1）观察压控作用，即改变������������ ，测量相应的输出信号频率 f。 （自选 5 个以上测 量点）
自 03
胡效赫
2010012351
（2）测定输出锯齿波的幅值。 （3）测定输出锯齿波的频率。 （4）测定输出矩形波的脉宽。 （5）测定输出矩形波的上升时间。 （6）测定输出矩形波的下降时间。 （7）测定输出矩形波的脉冲幅度。 （8）改变图 1 电路中某个元件参数，使锯齿波峰－峰值为 6V，写出该元件名称 及改变后的参数值。 修改如下： 由于± ������������ = ± ������������ × ������������ ， 故当������������ 为 43kΩ时， 取������������ 约为 24.3kΩ （如
������
������
精确到 6V 则需要调整������������ 的具体值）
（9）������������ 改成 –12V，修改电路，调出输出波形，测量输出矩形波的频率。 修改如下：将二极管反向
自 03
胡效赫
2010012351
（提高内容）改变电路中某元件参数，使 VCO 的输出线性误差减小，写出该元 件名称及参数，自选 5 个以上测量点，记录数据、计算误差，分析实验结果。 对于线性误差，压控振荡器的主要指标是： A． B． 转换关系：f = K������������ (Hz) 线性误差：指电路偏离上述转换关系的相对误差。
自 03
胡效赫
2010012351
模拟电路实验考核 压控振荡器 实验报告
一、 实验原理
1、原理图：
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振荡器是一种不需要外加输入信号就能够自激输出交变信号的电子装置，起到把直流电源能量转变为交流输出能量的作用。
根据振荡器输出信号波形的不同，可以将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，其中非正弦振荡器一般为多谐振荡器，它产生的信号可以是方波或三角波等。
按照振荡器的原理，可以将振荡器分为反馈振荡器和负阻振荡器。
本章设计是一个正弦负阻型振荡器。
振荡器设计与放大器设计很类似。
对于放大器设计来说，S11和S22都小于1，可以用圆图来设计M1和M2；而对于振荡器设计来说，为了产生振荡，S11 和S22均大于1。
从而可以利用同样的晶体管、同样的直流偏置电路和同样的一组S参数用于振荡器设计，对于负载来说，并不知道是被接到振荡器，还是被接到放大器，如图13-1所示。
1．主要技术指标
射频/微波振荡器的主要技术指标是频率和功率。
1）工作频率振荡器的输出信号基本上是一个正弦信号。
要做到振荡频率绝对准确是不可能的，频率越高，误差越大。
影响频率的因素很多，如环境温度、内部噪声、元件老化、机械振动、电源纹波等。
实际设计中，针对指标侧重点，应采取相应的补偿措施。
调试中，也要有经验和技巧，才能达到预期的频率指标。
关于频率经常会遇到下列概念。
（1）频率精度：频率精度有绝对精度（Hz）和相对精度（ppm）两种表示方式。
相对精度是最大频偏和中心频率的比值。
绝对精度是在给定环境条件下的最大频偏。
（2）频率温漂：随着温度的变化，物质材料的热胀冷缩引起的尺寸变化会导致振荡器的频率偏移，这种频偏是不可避免的，只能采取恰当的方法降低。
常用的方法有温度补偿(数字或模拟微调)、恒温措施等，用MHz/℃或ppm/℃描述。
（3）年老化率：随着时间的推移，振荡器的输出频率也会偏移，用ppm/年描述。
（4）电源牵引：电源的纹波或上电瞬间会影响振荡器的频率精度，也可看做电源的频率调谐，用Hz/V表示。
在振荡器内部可以通过增加稳压电路和滤波电容来改善这一指标。
（5）负载牵引：在振荡器与负载紧耦合的情况下，振荡频率会受到负载的影响。
使负载与振荡器匹配，增加隔离器或隔离放大器，减小负载的牵引作用。
（6）振动牵引：振荡器内谐振腔或晶振等频率敏感元件随机械振动的形变，会影响振荡器的输出频率。
振动敏感性与元件的安装和固定有关，用Hz/g表示。
（7）相位噪声：相位噪声是近代振荡器和微波频率合成器的关键指标。
它是输出信号时域抖动的频域等效。
相位噪声、调频噪声和抖动是同一问题的不同表达
方式，因为振荡器含有饱和增益放大器和正反馈环路，故幅度噪声增益和相位噪声增益都有限。
幅度和相位变化与平均振荡频率有关。
用足够分辨率的频谱仪测量振荡器，噪声会使窄谱线的下端变宽，噪声按照1／f 3或1／f 2下降。
振荡器的反馈环的环增益按1／f 2而不是按谐振频率下降。
1／f因子与器件和谐振器的低频调制有关。
相位噪声用L(fm)＝(PSSB(fm)／Hz)／PC表示，可用频谱仪或相位噪声分析仪测量。
PSSB(fm)/Hz是指1Hz带宽内相位噪声功率。
fm表示离开载频的边频，也是对载频的调制频率，故称为调频噪声。
2）输出功率功率是振荡器的又一重要指标。
如果振荡器有足够的功率输出，就会降低振荡器内谐振器的有载Q值，导致功率随温度变化而变化。
因此，选用稳定的晶体管或采用补偿的办法，也可增加稳幅电路。
这样，又会增加成本和噪声。
为了降低振荡器的噪声，让振荡器输出功率小一些，可降低谐振器的负载，增加一级放大器，以提高输出功率。
通常，振荡器的噪声比放大器的噪声大，故功率放大器不会增加额外噪声。
如果振荡器是可调谐的，还要保证频带内功率平坦度。
3）调谐范围对于可调谐振荡器，有很多关于调谐的指标。
（1）调谐带宽：通常是指调谐的最大频率和最小频率，与中心频率无关。
但对于窄带可调振荡器(如带宽为10%)，可以用中心频率来计算。
（2）调谐范围：调谐范围对应变容管的电压范围或YIG的电流范围。
为了维持振荡范围内的高Q特性，变容管的最小电压大于0。
（3）调谐灵敏度：单位是MHz/V，一般地，调谐灵敏度不等于调谐范围/电压范围。
近似地，调谐灵敏度在中心频率的小范围内测量。
（4）调谐灵敏度比：最大调谐灵敏度/最小调谐灵敏度。
在PLL的压控振荡器中，由于这个参数会影响到环路增益，因而特别重要。
在低电压时，变容管电容最大，随着电压的增加，电容很快达到最大值。
低电压时，电容的大范围变化会引起频率的范围变化大，意味着频率低端灵敏度高，频率高端灵敏度低。
由图13-2 所示的变容管的调谐特性可知，超突变结比突变结变容管调谐线性好，设计中要选线性好的一段并使调谐电压放大到合适的范围。
（5）调谐时间：最大调谐范围所用的时间。
变容管的调谐速度比YIG的调谐速度快得多。
4）供电电源供电电源是保证振荡器安全工作时所需的电源电压和电流。
直流功率要有足够裕量。
5）结构尺寸振荡器的外形结构和安装尺寸受使用场合的限制。
在给定的安装条件下，应合理布局电路，考虑散热，使振荡器能稳定工作。
2．常用元器件
1）有源器件用于射频/微波振荡器的有源器件及使用频段见表13-1。
2）谐振器用于射频/微波振荡器的谐振器及使用频段见表13-2。
一般以振荡器的成本、指标来选择谐振器。
下面设计一个压控振荡器，振荡频率约为1.8GHz。
读者可以进一步了解利用ADS 设计压控振荡器的全过程。