压控振荡器原理和应用说明.docx
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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。
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。
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。
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。
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:
五注意事项:
Ø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。
ØVCO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。
ØVCO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。
ØVCO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
10KHz
100KHz
JLCO40701J
350-450
10
1-10
12-14
90
100
20
0.3
12/30
JO-1*
JLCO50701J
450-550
10
1-10
12-14
90
100
20
0.3
12/30
JO-1*
JLCO60701J
550-650
10
1-10
12-1
90
100
20
0.3
12/30
JO-1*
JLCO70701J
650-750
10
1-10
12-14
90
100
20
0.35
12/30
JO-1*
JLCO80701J
750-850
10
1-10
12-14
90
100
20
0.35
12/30
JO-1*
JLCO90701J
850-950
10
1-10
12-14
90
100
20
0.35
12/30
JO-1*
JLCO12801J
1050-1500
10
1-10
12-14
90
100
20
0.4
12/30
JO-1*
JLCO18801J
1150-2500
10
1-10
12-14
90
100
20
0.4
12/30
JO-1*
JLCO23801J
1250-3500
10
1-10
12-14
90
100
20
0.4
12/30
JO-1*
JLCO29801J
1350-4500
10
1-10
12-14
90
100
20
0.4
12/30
JO-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
10KHz
100KHz
JCO20601J
15-25
10
100
125
1-12
1-3
>20
>60
12/34
JCO37601J
25-50
10
100
130
1-12
2-3
>20
>60
12/34
JCO56601J
37.5-75
10
100
130
1-12
3-4
>20
>60
12/34
JCO75601J
50-100
10
100
130
1-16
4-4.8
>20
>60
12/34
JCO11701J
75-150
10
98
125
1-16
6-6.8
>20
>60
12/34
JCO15701J
100-200
10
98
120
1-16
7-8.6
>20
>60
12/34
JCO22701J
150-300
10
98
120
1-16
9-12
>20
>60
12/34
JCO30701J
200-400
10
95
120
1-16
13.4-17
>20
>60
12/34
JCO56701J
300-535
10
90
115
1-16
11-24
>20
>60
12/34
JCO62701J
485-765
10
90
110
1-16
18-27
>20
>60
12/34
JCO65701J
500-800
10
90
110
1-16
16-40
>20
>60
12/34
JCO70701J
500-900
10
90
110
1-16
16-40
>20
>60
12/34
JCO80701J
600-1000
10
90
110
1-16
30-44
>20
>60
12/34
JCO91701J
700-1125
10
90
110
1-16
21-36
>20
>60
12/34
JCO10701J
800-1300
10
90
110
1-16
18-32
>20
>60
12/34
JCO12801J
900-1600
10
90
110
1-16
21-43
>20
>60
12/34
JCO14801J
1000-1800
10
90
110
1-16
30-50
>20
>60
12/34
JCO17801J
1400-2000
10
90
109
1-12
40-55
>20
>60
12/34
JCO21801J
1800-2400
10
88
108
1-12
50-60
>20
>60
12/34
JCO23801J
2000-2600
10
88
105
1-12
60-78
>20
>60
12/34
JCO25801J
2200-2800
10
86
105
1-12
60-80
>20
>60
12/34
caoporn2287uwLovS3N
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- 压控振荡器 原理 应用 说明
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