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。Cj(PF)VT(V)线形段非线段8100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F01KHz、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。83dB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1VP－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。环路滤波器泵源VCO定向耦合器调幅或脉冲调制晶体振荡器数字式鉴相器÷N次分频器调制信号载波输出图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。环路滤波器VS调制网络VCO定向耦合器晶体振荡器数字式鉴相器÷N分频器VS(调制)VCO(双端)VT1VT2RF(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。带宽稳幅放大器低通滤波器宽带混频器压控振荡器可程控电压合成扫描发生器本振信号(LO点频）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6I/Q解调应用示例音视频放大器VCO滤波器I/Q解调器讯号处理器环路滤波器五注意事项：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跟踪微波信号混频器数字鉴像器环路滤波器VCO定向耦合器放大器FLO放大器跟踪扫描宽度。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表一型号工作频率（MHz）输出功率(dBmw）调谐电压(V)调谐灵敏度(MHz/V)相位噪声(dBC/Hz)谐波抑制(dBc)推频系数电源V/mA结构型号10KHz100KHzJLCO40701J350-450101-1012-1490100200.312/30JO-1*JLCO50701J450-550101-1012-1490100200.312/30JO-1*JLCO60701J550-650101-1012-190100200.312/30JO-1*JLCO70701J650-750101-1012-1490100200.3512/30JO-1*JLCO80701J750-850101-1012-1490100200.3512/30JO-1*JLCO90701J850-950101-1012-1490100200.3512/30JO-1*JLCO12801J1050-1500101-1012-1490100200.412/30JO-1*JLCO18801J1150-2500101-1012-1490100200.412/30JO-1*JLCO23801J1250-3500101-1012-1490100200.412/30JO-1*JLCO29801J1350-4500101-1012-1490100200.412/30JO-1*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表二型号频率范围(MHz)输出功率（dBmw）相位噪声dBC/Hz调谐电压(V)调谐灵敏度(MHz/V)谐波抑制（dBc）杂散（dB）电源(V/mA)专用外形结构10KHz100KHzJCO20601J15-25101001251-121-3206012/34JCO37601J25-50101001301-122-3206012/34JCO56601J37.5-75101001301-123-4206012/34JCO75601J50-100101001301-164-4.8206012/34JCO11701J75-15010981251-166-6.8206012/34JCO15701J100-20010981201-167-8.6206012/34JCO22701J150-30010981201-169-12206012/34JCO30701J200-40010951201-1613.4-17206012/34JCO56701J300-53510901151-1611-24206012/34JCO62701J485-76510901101-1618-27206012/34JCO65701J500-80010901101-1616-40206012/34JCO70701J500-90010901101-1616-40206012/34JCO80701J600-100010901101-1630-44206012/34JCO91701J700-112510901101-1621-36206012/34JCO10701J800-130010901101-1618-32206012/34JCO12801J900-160010901101-1621-43206012/34JCO14801J1000-180010901101-1630-50206012/34JCO17801J1400-200010901091-1240-55206012/34JCO21801J1800-240010881081-1250-60206012/34JCO23801J2000-260010881051-1260-78206012/34JCO25801J2200-280010861051-1260-80206012/34caoporn