一种宽调频高频LC VCO的设计

2012-02-19 12:49:32来源: 互联网
压控振荡器可分为环路振荡器和LC振荡器。环路振荡器易于集成,但其相位噪声性能比LC振荡器差。为了使相位噪声满足通信标准的要求,这里对负阻LC压控振荡器进行了分析,利用安捷伦公司的ADS软件设计了一款性能优异的压控振荡器,并对其进行仿真验证。

  1 电路原理及设计

  1.1 buffer的设计

  射极跟随器(又称射极输出器,简称射随器或跟随器)是一种共集(Common Collector)接法的电路,如图l所示。它从基极输入信号,从射极输出信号。其输入阻抗高,对前级电路影响小,可作为多级放大器的第1级;输出阻抗低,带负载能力强,可作为多级放大器的输出级。由于其上述2个特点,可以在多级放大器里用作缓冲级。信号从发射极输出的放大器。其特点为输入阻抗高,输出阻抗低,电压放大系数略低于1,带负载能力强,也可认为是一种电流放大器,常用于阻抗变换和级间隔离。三极管按共集方式连接,即基极与发射极共地,基极输入,发射极输出,亦称为共集电极放大器。动态电压放大倍数小于1且接近1,且输出电压与输入电压同相,但输出电阻低,具有电流放大作用,因此具有功率放大作用。

  


  图2是对buffer隔离作用的仿真。通过仿真发现:压控振荡器与外部电路相接时,外部电路阻抗的变化不会对压控振荡器的阻抗产生影响。

  

  1.2 电路原理及设计仿真

  压控振荡器按构成原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器2大类。这里采用负阻型振荡器,其主要是由负阻器件和谐振回路组成的振荡器,利用负阻器件的负电阻效应与谐振回路中的损耗正电阻相抵消,维持谐振回路的稳定振荡。图3为压控振荡器电路。

  

  图3中VQ5,VQ6管的负跨导可以补偿振荡中的电路损耗,为振荡提供能量。控制电压Vr控制变容二极管电容的变化,以达到控制振荡频率的目的。VQ5和VQ6尺寸相同,交叉耦合,忽略沟道调制效应和体效应等二阶效应,可得到其等效电路,如图4所示。

  

等效电路

  由于Vce5=Vbe6,Vce6=Vbe5,在振荡平衡时,A、B两点的电压幅度对称相等,得Vce5=Vce6,则VQ5的集电极到发射极(即AM两端)的交流等效电导为:

  

交流等效电导

  式中,gmVbe5前面加负号的原因为:此电流源增大时Vce5是减少的。化简式(1)可得:

  

化简式

  这是一个负电导。正电阻吸收能量,负电阻提供能量,而此处VQ5的集电极到发射极的负电导表示晶体管提供能量转换,将直流电源的能量转换为交流能量。同理,VQ6的集电极到发射极(即BM两端)的等效电导为-gm。则单端口网络AB的输入电阻是VQ5、VQ6两端发射极输出电阻的串联,即

  

输出电阻的串联

  当由单端口网络提供的负阻Rm等于并联谐振回路的电阻时,负阻提供的能量补充了并联谐振电路的损耗,则振荡维持。振荡器的谐振频率等于并联谐振频率,其输出频率为:

  

输出频率

  利用安捷伦公司的ADS软件对电路进行仿真,从图5可看出压控振荡器在控制电压为1.98~3.98 V变化时,振荡器调谐范围为1.14~1.18GHz。图6为压控振荡器电路版图。

  

  

压控振荡器电路版图

  2 结论

  介绍一种宽调频高频LC VCO的设计。其核心电路采用差分形式交叉耦合电路结构实现。在与外部电路相接时,考虑到外部电路的变化对压控振荡器的影响,采用以射极跟随器为主要结构构成的buffer,消除了外部电路的影响。并且在版图设计中采用片上集成电感,实现了整个VC0电路的片上集成,达到设计要求。

关键字:宽调频  高频  LC  VCO

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0219/article_14385.html
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