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用負(fù)阻原理設(shè)計高穩(wěn)定度VCO

時間:2023-05-01 12:05:14 電子通信論文 我要投稿
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用負(fù)阻原理設(shè)計高穩(wěn)定度VCO

摘要:介紹了利用負(fù)阻原理、采用改進型克拉潑電路設(shè)計的高穩(wěn)定度LC壓控振蕩器(VCO),其頻率范圍為180MHz~210MHz。用ADS進行了仿真,最后給出了測量結(jié)果,實際表明它們是一致的。該電路采用相角補償,提高了頻率穩(wěn)定度,降低了相位噪聲。該方法設(shè)計簡單、調(diào)試方便、成本低。

    關(guān)鍵詞:負(fù)阻 VCO 克拉潑電路 相位噪聲

壓控振蕩器(VC0)是鎖相環(huán)路的重要組成部分。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多集成的VCO芯片?紤]到高頻率穩(wěn)定度、低相噪的要求,這里采用Agilent公司生產(chǎn)的低噪聲晶體管HBFP0450來設(shè)計VCO。常用的VCO一般有三種:晶體壓控振蕩器、LC壓控振蕩器和RC壓控振蕩器。對于超高頻段的VCO,采用LC振蕩器形式;為了提高頻率穩(wěn)定性,采用了克拉潑電路,并進行了相角補償。

1 負(fù)阻振蕩原理

這里采用負(fù)阻方法來設(shè)計壓控振蕩器,負(fù)阻振蕩原理圖如圖1所示。

圖中,ZIN是晶體管電路的輸入阻抗,RIN和XIN分別是輸入電阻和電抗;ZL是負(fù)載阻抗,RL和XL分別是負(fù)載電阻和電抗。 根據(jù)振蕩原理,起振條件是:

RIN+RL<0   (1)

振蕩的平衡條件是

RIN+RL =0   (2)

XIN+XL=0   (3)

2 設(shè)計與仿真

2.1 起振與振蕩的仿真

這里用ADS來仿真電路,采用改進型克拉潑電路形式,具體電路如圖2所示。選用高增益、低噪聲的HBFP0450作為三端器件,它在200MHz工作頻率上有20dB的增益,從而保證了較大的振蕩幅度。供電電壓為5V,通過R1、R2和R3來確定靜態(tài)工作點,工作電流選定為10mA,Vce為2.5V。

交流等效電路如圖3所示。L1、C4和C5串聯(lián)可以等效成一個電感,從而滿足,電容三端振蕩器的相位條件。L1、C4、C5、C6、C7構(gòu)成了諧振回路,振蕩頻率主要由這五個元件所決定。頻率計算公式如下:

式中,L1為線圈繞制電感,Q值為39。C為C4、C5、C6和C7串聯(lián)后的等效電容, 由于C4<<C5、C4<<C6、C4<<C7,所以C≈C4。其中,C4為變?nèi)莨,通過改變其負(fù)偏壓就可以改變振蕩頻率。

從圖4(a)的仿真結(jié)果可以看出,在200MHz附近,及RIN+RL <0,所以滿足起振條件,由于RIN的負(fù)阻比較大,所以提供交流能量的能力比較強,故振蕩的幅度會比較大,這一點在后面的仿真和測試中可以得到證實。從圖4(b)可以看出,當(dāng)f為200MHz左右時,XIN+XL=0,從而滿足相位平衡條件,它決定了振蕩的頻率。

[1] [2] [3] 

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