壓控振蕩器在射頻通信電路中的應(yīng)用

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備所應(yīng)用的頻率日益提高，射頻(RF)和微波(MW)電路在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，高頻電路設(shè)計也得到工業(yè)界的特別關(guān)注，新型半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的不斷發(fā)展更使得高速數(shù)字系統(tǒng)和高頻模擬系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。通常這些電路的工作頻率都在1 GHz以上，并且隨著通信技術(shù)發(fā)展，這種趨勢會一直持續(xù)。而射頻電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是無線通信，一個典型的無線通信收發(fā)機(jī)(tranceiver)的系統(tǒng)包含發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及通信天線，可應(yīng)用于個人通信和無線局域網(wǎng)絡(luò)中。其中模擬電路分為2部分：發(fā)射部分和接收部分。在發(fā)射部分中，將數(shù)一模轉(zhuǎn)換輸出的低頻模擬信號與本地振蕩器提供的高頻載波經(jīng)過混頻器上變頻為射頻調(diào)制信號，然后經(jīng)天線輻射到空間中；在接收部分中，先將從天線耦合進(jìn)來的空間輻射信號經(jīng)低噪聲放大器放大，然后與本地振蕩信號經(jīng)混頻器下變頻為包含中頻信號分量的信號，經(jīng)濾波后輸入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進(jìn)入數(shù)字處理部分處理。由此可知，提供本地振蕩的壓控振蕩器是射頻電路中必不可少的一部分。同時射頻壓控振蕩器VCO(Voltage Controlled Oscillator)作為鎖相環(huán)、頻率綜合和時鐘恢復(fù)等電路的關(guān)鍵模塊，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、衛(wèi)星通信終端、基站、雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、軍事通信系統(tǒng)、數(shù)字無線通信、光學(xué)多工器、光發(fā)射機(jī)等電子系統(tǒng)中，對電子系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和成本都有決定性的影響，是RF電路設(shè)計與集成的一個難點(diǎn)。VCO雖然可采用分立元件構(gòu)成，但由于設(shè)計中考慮的參量太多，電路復(fù)雜，電路尺寸較大，設(shè)計周期長，難以滿足當(dāng)今便攜式無線通訊設(shè)備低功耗、低成本、小型化、輕量化、高性能的要求，因此設(shè)計滿足在射頻領(lǐng)域要求的全集成壓控振蕩器對于推動便攜式移動通訊設(shè)備的發(fā)展尤其重要，具有廣闊的市場前景。近年來，人們對壓控振蕩器的研究日益深入。
壓控振蕩器可分為環(huán)路振蕩器和LC振蕩器。環(huán)路振蕩器易于集成，但其相位噪聲性能比LC振蕩器差。為了使相位噪聲滿足通信標(biāo)準(zhǔn)的要求，這里對負(fù)阻LC壓控振蕩器進(jìn)行了分析，利用安捷倫公司的ADS軟件設(shè)計了一款性能優(yōu)異的壓控振蕩器，并對其進(jìn)行仿真驗證。

1 電路原理及設(shè)計
1．1 buffer的設(shè)計
射極跟隨器(又稱射極輸出器，簡稱射隨器或跟隨器)是一種共集(Common Collector)接法的電路，如圖l所示。它從基極輸入信號，從射極輸出信號。其輸入阻抗高，對前級電路影響小，可作為多級放大器的第1級；輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可作為多級放大器的輸出級。由于其上述2個特點(diǎn)，可以在多級放大器里用作緩沖級。信號從發(fā)射極輸出的放大器。其特點(diǎn)為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大系數(shù)略低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，也可認(rèn)為是一種電流放大器，常用于阻抗變換和級間隔離。三極管按共集方式連接，即基極與發(fā)射極共地，基極輸入，發(fā)射極輸出，亦稱為共集電極放大器。動態(tài)電壓放大倍數(shù)小于1且接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，但輸出電阻低，具有電流放大作用，因此具有功率放大作用。

圖2是對buffer隔離作用的仿真。通過仿真發(fā)現(xiàn)：壓控振蕩器與外部電路相接時，外部電路阻抗的變化不會對壓控振蕩器的阻抗產(chǎn)生影響。

1．2 電路原理及設(shè)計仿真
壓控振蕩器按構(gòu)成原理可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器2大類。這里采用負(fù)阻型振蕩器，其主要是由負(fù)阻器件和諧振回路組成的振蕩器，利用負(fù)阻器件的負(fù)電阻效應(yīng)與諧振回路中的損耗正電阻相抵消，維持諧振回路的穩(wěn)定振蕩。圖3為壓控振蕩器電路。