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。产生相噪的因素主要是寄生寄相，但影响寄生寄相的因素较多，较为复杂，不同VCO 产品在提高相噪指标方面都会采取相应设计思路和工艺措施。

8 3dB 调制带宽：是指特定用途的VCO 在作调频使用时，调制信号(视频)为1V P －P 时，产生的调频频带宽度，主要由双端压控作调频时用户的要求作出设计。 四 压控振荡器的使用建议

1作为调幅或脉冲调制的载频频率源时，对振荡频率稳定度和精度要求较高，多采用锁相合成源，由于频率调整方便，精度高，在1-3GHz 或更高微波频段上广泛采用；锁相合成源原理方框如图2。

图２ 锁相合成源原理方框图

2 在射频及微波波段直接作调频使用，这是VCO 独特优点，可以获得较宽的调频带宽和较好的特性，电路框图如图3。图中为单端压控情况，在通讯中专门设计双端压控产品，其中一控制端为锁定相位控制中心频率端

VT1，另一端接音视频信号或脉冲信号的调制端VT2。

VCO (双端)

VT1

VT2

RF(OUT)

图3 射频及微波领域直接调频框图

3 频率跟踪系统：VCO 结合数字鉴相和分频技术，制成对微弱载频讯号频率的再生讯号，实现频率自动跟踪，图4。

4 多倍频程控扫源：采用VCO 扫描振荡结合混频技术，可以方便地获得多倍频程程控扫描电路，例如：产生1MHz ～1GHz 程控扫源，实现原理如图5所示。

图5 程控扫源框图

5 点频或捷变频合成源作接收机本振，制作方便，调整工艺也较简单，在L 和S 波段电视传播和通讯系统应用极广泛。

6 作I/Q 调制和解调用VCO ，目前广泛采用扩频、跳频、抗干扰通讯，由于I/Q 调制和解调的特殊性，在系统载波前端混频，或上变频，解调中频等不同频段都使用VCO ，对相噪指标和工作带内杂散频谱的抑制有较严格的要求。对VCO 射频输出端负载迁移现象有严格限制，因此这一类应作专门的设计，而一般都作窄带低相噪设计和制作，宽带电路设计难度大，成本高。图6为I/Q 解调应用示例：

图6 I/Q

解调应用示例

五 注意事项：

➢ 单独VCO 一般不单独作为本振源、载波调制源或信号源使用，因为频率稳定度差。 ➢ VCO 与锁相环构成频率源时，必须有良好的环路设计才能获得良好的相噪

和频率稳度。

➢ VCO 使用线性范围只占f0/VT 特性一部分，对于线性有要求应用VT 在2-8内选择较

合理。

➢ VCO 调频范围宽，VT 变化大，相噪相应变化也大，因此低相噪使用应选适当的频带

图 4 频 率 自 动 跟 踪 网 络 框 图

被

微

宽度。

六指标

特点：·采用电调变容管结合低噪声振荡原理，一体化设计·小体积·低相噪·高可靠

·具有极广泛的应用领域

VCO表一

JO-1引脚：2： RF输出； 1：电压； 8：调谐电压； 3、4、5：Ground 注：* 结构可根据用户要求制作

VCO表二