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標(biāo)簽 > VCO

VCO

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VCO即壓控振蕩器,是射頻電路的重要組成部分。 射頻電路多采用調(diào)制解調(diào)方式,因此嚴(yán)重依賴本振。本文詳細(xì)介紹了vco電路,vco的工作原理,壓控振蕩器,vco設(shè)計等內(nèi)容

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VCO簡介

  VCO即壓控振蕩器,是射頻電路的重要組成部分。 射頻電路多采用調(diào)制解調(diào)方式,因此嚴(yán)重依賴本振。而現(xiàn)代通信技術(shù)要求復(fù)用、跳頻等新技術(shù),采用電壓控制振蕩回路中電容的電容量,進(jìn)而改變振蕩回路諧振頻率就成為實現(xiàn)這些技術(shù)的手段之一。

VCO百科

  VCO即壓控振蕩器,是射頻電路的重要組成部分。 射頻電路多采用調(diào)制解調(diào)方式,因此嚴(yán)重依賴本振。而現(xiàn)代通信技術(shù)要求復(fù)用、跳頻等新技術(shù),采用電壓控制振蕩回路中電容的電容量,進(jìn)而改變振蕩回路諧振頻率就成為實現(xiàn)這些技術(shù)的手段之一。

  設(shè)計介紹

  電壓控制

  藍(lán)牙收發(fā)器

  ◆藍(lán)牙發(fā)射器 藍(lán)牙無線信號采用高斯頻移鍵控(GFSK)方式調(diào)制,發(fā)射數(shù)據(jù)(Tx)通過高斯濾波器濾波后,用濾波器的輸出對VCO頻率進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)串行輸入數(shù)據(jù)流邏輯電平,VCO頻率會從其中心頻率向正負(fù)兩端偏離,偏移量決定了發(fā)射器的調(diào)制指數(shù),調(diào)制的信號經(jīng)放大后由天線發(fā)射出去。

  藍(lán)牙無線信號在半雙工模式下工作,用一個RF多路復(fù)用開關(guān)(位于天線前)將天線連接到發(fā)射或接收模式。

  藍(lán)牙

  與設(shè)備接收部分相似,從另一個藍(lán)牙設(shè)備發(fā)射來的GFSK信號也是由天線接收的。在這期間,開關(guān)與低噪聲放大器(LNA)相連,對接收到的信號(Rx)進(jìn)行放大。下一級混頻器將接收信號下變換到IF頻率(一般為幾MHz),進(jìn)行該步驟時用于發(fā)射的PLL/VCO部分作為接收器下變頻本機振蕩器使用,將IF信號解調(diào)并恢復(fù)出數(shù)據(jù)。

  擴展頻譜

  藍(lán)牙無線通信的一個獨特之處就是它使用了擴頻技術(shù),該技術(shù)原來是為軍事應(yīng)用開發(fā)的,因為軍事應(yīng)用中無線數(shù)據(jù)傳送必須安全可靠。傳統(tǒng)意義上的窄帶應(yīng)用要消耗更多功率,在一個頻率上停留的時間很長,因此頻譜很容易被檢測到;而將發(fā)射器功率分配(擴展)到更大的帶寬上之后,此時信號看起來更像隨機噪聲,這相當(dāng)于犧牲帶寬效率來換取可靠性和安全性。由于功率密度較低,這些系統(tǒng)對其它信號接收器干擾小,而且即便存在信號丟失頻段,數(shù)據(jù)也可以在其它頻率恢復(fù),從而增強了對干擾和噪聲的抵抗能力。兩種最主要的擴頻形式是跳頻(FHSS)和直接序列(DSSS),用原始數(shù)據(jù)對載波進(jìn)行調(diào)制并使用與每個鏈路端點跳頻代碼一致的頻率范圍發(fā)射時(圖2)使用FHSS系統(tǒng)。采用這種方式后,由于某個頻率干擾而丟失的數(shù)據(jù)可以通過另一個頻率發(fā)射,F(xiàn)HSS中的擴展代碼生成器直接用GFSK調(diào)制技術(shù)對載波頻率進(jìn)行調(diào)制。

  振蕩器自其誕生以來就一直在通信、電子、航海航空航天及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域扮演重要的角色,具有廣泛的用途。在無線電技術(shù)發(fā)展的初期,它就在發(fā)射機中用來產(chǎn)生高頻載波電壓,在超外差接收機中用作本機振蕩器,成為發(fā)射和接收設(shè)備的基本部件。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,振蕩器的用途也越來越廣泛,例如在無線電測量儀器中,它產(chǎn)生各種頻段的正弦信號電壓:在熱加工、熱處理、超聲波加工和某些醫(yī)療設(shè)備中,它產(chǎn)生大功率的高頻電能對負(fù)載加熱;某些電氣設(shè)備用振蕩器做成的無觸點開關(guān)進(jìn)行控制;電子鐘和電子手表中采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩電路作為定時部件等。尤其在通信系統(tǒng)電路中,壓控振蕩器(VCO)是其關(guān)鍵部件,特別是在鎖相環(huán)電路、時鐘恢復(fù)電路和頻率綜合器電路等更是重中之重,可以毫不夸張地說在電子通信技術(shù)領(lǐng)域,VCO幾乎與電流源和運放具有同等重要地位。

  對振蕩器的研究未曾停止過。從早期的真空管時代到后期的晶體管時代,無論是理論上還是電路結(jié)構(gòu)和性能上,無論是體積上還是制作成本上無疑都取得了飛躍性的進(jìn)展,但在很長的一段時期內(nèi)都是處在用分離元件組裝而成的階段,其性能較差,成本相對較高,體積較大和難以大批量生產(chǎn)。隨著通信領(lǐng)域的不斷向前推進(jìn),終端產(chǎn)品越來越要求輕、薄、短、小,越來越要求低成本、高性能、大批量生產(chǎn),這對于先前的分離元件組合模式將不再勝任,并提出新的要求和挑戰(zhàn)。集成電路各項技術(shù)的發(fā)展迎合了這些要求,特別是主流CMOS工藝提供以上要求的解決方案,單片集成振蕩器的研制取得了極大的進(jìn)步。

  然而,由于工藝條件的限制,RF電路的設(shè)計多采用GaAs, Bipolar, BiCMOS工藝實現(xiàn),難以和主流的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝集成。因此,優(yōu)性能的標(biāo)準(zhǔn)的CMOS VCO設(shè)計成為RF電路設(shè)計的熱門課題。

  vco振蕩器

  VCO是一個簡單的LC振蕩器,可以采用直流輸入控制電壓改變其輸出頻率??梢允褂米?nèi)荻O管來達(dá)到這個目的。這些二極管根據(jù)直流電壓來改變電容值。

  當(dāng)被放在LC振蕩器的振蕩回路中時,振蕩回路的諧振頻率,也就是振蕩器的諧振頻率,在靜態(tài)頻率(或中心頻率)上下變化。靜態(tài)頻率由變?nèi)荻O管兩端的DC偏置產(chǎn)生,一般初始值被設(shè)置為某個中間值。因此,通過升高或降低靜態(tài)偏執(zhí)只,振蕩器的頻率可以在一個大范圍內(nèi)變動。

  在VCO電路中,有兩種不同的變?nèi)荻O管。一種是突變性變?nèi)荻O管,具有很高的Q值和較低的相位噪聲,在整個電容值范圍內(nèi)其輸入電壓的調(diào)節(jié)范圍也很寬(0~50V)。這點說明變?nèi)荻O管的調(diào)諧靈敏度不高。另外,突變二極管的電容值變化范圍很小,可能失真也很小。

  另一種是超圖變性變?nèi)荻O管,為了提高靈敏度,電壓調(diào)節(jié)范圍大約是0~20V,所以經(jīng)常應(yīng)用在寬帶和低電壓情況下。與突變二極管相比,超突變二極管具有較低的Q值和較大的相位噪聲。

  兩種類型的變?nèi)荻O管都具有0V電容特性,但是由于非線性和Q值問題,二極管的兩端總是至少有0.1V的電壓,有時會更高。

  壓控振蕩器(VCO)的設(shè)計

  壓控振蕩器(以下簡稱VCO)已經(jīng)成為當(dāng)今無線收發(fā)器系統(tǒng)中不可缺少的模塊, 它是鎖相環(huán)中最重要的block, 他的噪聲性能直接決定了PLL輸出相位噪聲的噪聲性能。 有關(guān)PLL整體的分析和設(shè)計, 我們將在后期重點討論。 這里先重點討論一下VCO的理論, 設(shè)計以及對于廣大初學(xué)者最為關(guān)心的設(shè)計注意點。

  根據(jù)參考書的理論, 振蕩器其實就是帶有”設(shè)計缺陷”的放大器, 分析振蕩器原理主要有兩個方法, 第一。 負(fù)反饋理論

  

  ABS(H(jw))》1, 并且deg(H(jw)) =180度, 注意, 這里180度指的是反饋回路是與輸入信號相減再輸入到放大器A中的, 而放大器A的增益絕對值實際上要至少要為1dB, 而不是理論上的0dB.

  第二, 負(fù)阻抗分析法, 這種方法原理簡單, 形象明了, 不僅用于振蕩器分析, 也經(jīng)常用于帶有反饋結(jié)構(gòu)電路的振蕩與否的分析。

  振蕩器常用的類型有環(huán)形振蕩器, LC振蕩器, 前者主要應(yīng)用于低頻模擬設(shè)計中, 今天我們主要談一下LC振蕩器的設(shè)計, 現(xiàn)在IC芯片設(shè)計中, 比較流行的LC差分結(jié)構(gòu), 核心差分管可以是MOS, 也可以是bipolar, biploar結(jié)構(gòu)一般頻率設(shè)計的可以較高, 相同電流下易起振(gm較大) , 而MOS管還可以分為NMOS型和PMOS型, 在CMOS工藝下, 比如在64QAM以上的調(diào)制的系統(tǒng)中, 對相位噪聲的性能要求較高, 則一般設(shè)計成PMOS結(jié)構(gòu)。

  

  圖2. NMOS型VCO

  一般判斷NMOS型VCO是否起振的條件為Rp-2/gm》0, Rp為平行諧振回路的總阻抗(Rl//Rc//Rother), gm為單個NMOS管子開環(huán)時的gm,

  

  圖3 bipolar LC VCO

  判斷bipolar型VCO是否起振的條件為Rp-1/gm》0, 注意與上式的區(qū)別, gm只要大于1/Rp即可起振, 而NMOS型, gm要大于2/Rp才能起振, 也就是說相同的振蕩頻率, 振蕩范圍, bipolar型VCO所需要的功率消耗是mos的一半, 這也是為什么在高頻振蕩電路中, 現(xiàn)在還往往選用bipolar型VCO結(jié)構(gòu)。

  現(xiàn)在最流行的設(shè)計結(jié)構(gòu)即圖3所示, 筆者在VCO設(shè)計中, 有一定的經(jīng)驗和專利, 如果詳細(xì)談VCO的設(shè)計的話, 可能篇幅會很長, 這里主要談一下其設(shè)計要點。

  1) 關(guān)于inductor的設(shè)計

  一般受process工藝的限制, ind的選用也有諸多限制, 比如沒有全差分型的ind, 或者ind的寄生電阻值較大, 導(dǎo)致Rp變大, 增加設(shè)計難度。 如果有條件設(shè)計ind的話, 我們會碰到如何對ind參數(shù)抽出及仿真的問題, 這里我會另設(shè)一篇文章專門談?wù)刬nd的設(shè)計, 等效電路建立, 參數(shù)提取,以及如何通過S參數(shù)測試實際的電感值和Q值, R值。

  總的來說, 在設(shè)計VCO的時候, 最好對ind先進(jìn)行AC仿真, 了解你所使用的ind的Q曲線, freq曲線等特性。

  2) 圖3中基極電容的作用

  基極電容可是使vco振蕩信號幅度加大, 使其在非放大區(qū)也能工作。 電容要取適當(dāng), 太大相當(dāng)于增加寄生電容, 頻率下降, 太小隔離作用減小, 輸出信號幅度減少。

  3) 關(guān)于varactor

  Varactor一般也分MOS型和PN型, MOS型一般可變范圍在-0.5-+0.5V, 變化率較陡, 范圍較窄, 而PN型一般在0-Vdd之間都變法, 范圍較寬, 但是PN型由于要反向加偏壓的緣故, 需要與其串接一個電容(直流隔離), 這個電容的大小又反過來影響了varactor的可變范圍。 PN還有一個缺點,就是它的溫度特性要比MOS來的大, 也就是用它來設(shè)計的VCO的溫度特性需要特別注意, 如果過大, 則需要采取一些溫度補償措施來防止溫度變化中PLL的失鎖問題的出現(xiàn)。

  這里還有一點需要注意, 從Vctrl端看VCO, 往往存在較大的寄生電容, 所以在設(shè)計PLL的環(huán)形濾波器時, 需要把其考慮進(jìn)去

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    Wi-Fi模塊又名串口Wi-Fi模塊,屬于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層,功能是將串口或TTL電平轉(zhuǎn)為符合Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊,內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11b.g.n協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧。傳統(tǒng)的硬件設(shè)備嵌入Wi-Fi模塊可以直接利用Wi-Fi聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng),是實現(xiàn)無線智能家居、M2M等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要組成部分。
  • MPU6050
    MPU6050
    +關(guān)注
    MPU-6000(6050)為全球首例整合性6軸運動處理組件,相較于多組件方案,免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題,減少了大量的封裝空間。
  • 74ls74
    74ls74
    +關(guān)注
    74LS74是雙D觸發(fā)器。功能多,可作雙穩(wěn)態(tài)、寄存器、移位寄存器、振蕩器、單穩(wěn)態(tài)、分頻計數(shù)器等功能。本章詳細(xì)介紹了74ls112的功能及原理,74ls74引腳圖及功能表,74ls112的應(yīng)用等內(nèi)容。
  • Protues
    Protues
    +關(guān)注
    Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件(該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機及外圍器件。
  • STC12C5A60S2
    STC12C5A60S2
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    在眾多的51系列單片機中,要算國內(nèi)STC 公司的1T增強系列更具有競爭力,因他不但和8051指令、管腳完全兼容,而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的,如STC12C5A60S2單片機內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASHROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。
  • UHD
    UHD
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    UHD是”超高清“的意思UHD的應(yīng)用在電視機技術(shù)上最為普遍,目前已有不少廠商推出了UHD超高清電視。
  • 循跡小車
    循跡小車
    +關(guān)注
    做單片機的工程師相比都堆循跡小車有所認(rèn)識,它是自動引導(dǎo)機器人系統(tǒng)的基本應(yīng)用,那么今天小編就給大家介紹下自動自動循跡小車的原理,智能循跡小車的應(yīng)用,智能循跡小車程序,循跡小車用途等知識吧!
  • LM2596
    LM2596
    +關(guān)注
    LM2596是降壓型電源管理單片集成電路的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器,能夠輸出3A的驅(qū)動電流,同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V,可調(diào)版本可以輸出小于37V的各種電壓。
  • 光立方
    光立方
    +關(guān)注
    光立方是由四千多棵光藝高科技“發(fā)光樹”組成的,在2009年10月1日天安門廣場舉行的國慶聯(lián)歡晚會上面世。這是新中國成立六十周年國慶晚會最具創(chuàng)意的三大法寶之首。
  • 光模塊
    光模塊
    +關(guān)注
    光模塊(optical module)由光電子器件、功能電路和光接口等組成,光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。簡單的說,光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換,發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號,通過光纖傳送后,接收端再把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
  • K60
    K60
    +關(guān)注
  • STM32單片機
    STM32單片機
    +關(guān)注
    STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核
  • Nexperia
    Nexperia
    +關(guān)注
    Nexperia是大批量生產(chǎn)基本半導(dǎo)體的領(lǐng)先專家,這些半導(dǎo)體是世界上每個電子設(shè)計都需要的組件。該公司廣泛的產(chǎn)品組合包括二極管、雙極晶體管、ESD 保護(hù)器件、MOSFET、GaN FET 以及模擬和邏輯IC。
  • 步進(jìn)驅(qū)動器
    步進(jìn)驅(qū)動器
    +關(guān)注
    步進(jìn)驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的??梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。
  • CD4046
    CD4046
    +關(guān)注
    cD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路,其特點是電源電壓范圍寬(為3V-18V),輸入阻抗高(約100MΩ),動態(tài)功耗小,在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW,屬微功耗器件。本章主要介紹內(nèi)容有,CD4046的功能 cd4046鎖相環(huán)電路,CD4046無線發(fā)射,cd4046運用,cd4046鎖相環(huán)電路圖。
  • COMSOL
    COMSOL
    +關(guān)注
    COMSOL集團(tuán)是全球多物理場建模解決方案的提倡者與領(lǐng)導(dǎo)者。憑借創(chuàng)新的團(tuán)隊、協(xié)作的文化、前沿的技術(shù)、出色的產(chǎn)品,這家高科技工程軟件公司正飛速發(fā)展,并有望成為行業(yè)領(lǐng)袖。其旗艦產(chǎn)品COMSOL Multiphysics 使工程師和科學(xué)家們可以通過模擬,賦予設(shè)計理念以生命。
  • 加速度傳感器
    加速度傳感器
    +關(guān)注
    加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。
  • 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
    聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
    +關(guān)注
  • 服務(wù)機器人
    服務(wù)機器人
    +關(guān)注
    服務(wù)機器人是機器人家族中的一個年輕成員,到目前為止尚沒有一個嚴(yán)格的定義。不同國家對服務(wù)機器人的認(rèn)識不同。
  • 四軸飛行器
    四軸飛行器
    +關(guān)注
    四軸飛行器,又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機,簡稱四軸、四旋翼。這四軸飛行器(Quadrotor)是一種多旋翼飛行器。四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構(gòu),十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機身的力,從而調(diào)整自身姿態(tài)。具體的技術(shù)細(xì)節(jié)在“基本運動原理”中講述。
  • 基站測試
    基站測試
    +關(guān)注
    802.11ac與11基站測試(base station tests) 在基站設(shè)備安裝完畢后,對基站設(shè)備電氣性能所進(jìn)行的測量。n的區(qū)別,802.11n無線網(wǎng)卡驅(qū)動,802.11n怎么安裝。
  • SDK
    SDK
    +關(guān)注
      SDK一般指軟件開發(fā)工具包,軟件開發(fā)工具包一般都是一些軟件工程師為特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺、操作系統(tǒng)等建立應(yīng)用軟件時的開發(fā)工具的集合。軟件開發(fā)工具廣義上指輔助開發(fā)某一類軟件的相關(guān)文檔、范例和工具的集合。
  • TMS320F28335
    TMS320F28335
    +關(guān)注
    TMS320F28335是一款TI高性能TMS320C28x系列32位浮點DSP處理器
  • 靜電防護(hù)
    靜電防護(hù)
    +關(guān)注
    為防止靜電積累所引起的人身電擊、火災(zāi)和爆炸、電子器件失效和損壞,以及對生產(chǎn)的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產(chǎn)生,加速靜電泄漏,進(jìn)行靜電中和等。
  • ESP8266
    ESP8266
    +關(guān)注
    wifi模塊ESP8266的默認(rèn)波特率是115200,但是單片機不能達(dá)到那么快的傳輸速率,只能使用4800bps,那么設(shè)置的時候,必不可少的要先用轉(zhuǎn)串口調(diào)試下載器。
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