在大多数电子系统中,频率产生源是它们不能缺少的组成部分,而其中的关键部件就是VCO。而VCO作为可调信号源,在很多现代通信系统中,是用来实现锁相环和其他频率合成源电路的快速频率调谐的。而为了能更好的适应和满足微波无线系统的发展和需求,VCO正不断向高输出化、宽带化、小型化、高频化和特性多样化等方向发展。比如采用先进的安装技术和超小型元器件,实现VCO封装的微型化和表面安装化。除此之外,通过对晶体管的改进和振荡电路的进一步开发,也可以改善小型化带来的谐振器Q值降低和低功耗引起的特性劣化等不利方面。而第四代移动电话和工作在微波更高频段的电子通信系统则需要VCO进一步提高工作频率,以便实现VCO的高频化。研究工作频率更高的微波VCO是当前非常重要和热门的科研话题,世界各国在此方面都投入了大量的人力物力,无论是科学研究还是实际应用都非常活跃。目前,VCO已被广泛应用于手机,数字通信系统等方面。
对于一个振荡器而言,其模块主要由三部分组成:晶体管或电真空器件,谐振回路(决定振荡器的工作频率)和能量反馈模块(从放大器角度看)。而微波振荡器根据器件或者调谐方式可以分为许多种不同的振荡器。如根据器件来分可以分为双极晶体管振荡器和场效应管振荡器等。振荡器的主要指标设计包括振荡器的稳定度,主要是频率稳定度,以及调频噪声和相位噪声。为了满足主要指标,首先要做的就是对管子的选取,设计前必须根据自己的指标确定管子的参数,并决定选取哪种晶体管。另外,考虑到直流偏置点可以影响到波振荡的稳定性,以及其对相位噪声和电路功耗的影响,因此,应当正确设计直流偏置电路,并选择最佳直流工作点。
在确定电路参数和具体设计之后,便可以利用ADS系统进行设计。和传统的设计方法相比,利用ADS系统进行设计要更加方便,具体设计过程也可以简化为定模,分析和优化,大大减少了工作量。
ADS系统作为一款强大的电路系统CAD软件,在通信系统的设计,仿真,模拟和优化中具有广泛的应用。利用ADS系统,可以根据不同的设计方案要求对振荡器电路进行模拟仿真,并结合振荡器的原理和其他分析方法,寻找出最优振荡器设计方法和设计所需电路。
2.振荡器综述
2.1 振荡器的定义
振荡器是一种能量转换装置,其主要功能是将直流电能转换为具有一定频率的交流电能,由振荡器构成的电路即为振荡电路.
简单来讲,振荡器可以理解为一个频率源,一般用在锁相环中。详细来说,振荡器就是一个不需要外信号激励、依靠本身就可以实现直流和交流转换的装置。在分类上,一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”,即可理解为交流,振荡器则包括一个从不振荡到振荡的过程。可以实现在直流电能和交流电能之间的能量转换,这样的装置就可以被称为“振荡器”。
振荡器的工作原理:LC回路是振荡器中的主要回路,由电感器和电容器构成,通过磁场能和电场能的互相转换产生自由振荡。而要文持这种自由振荡,还需要正反馈放大电路。LC振荡器可以分为三点式振荡器,变压器耦合式,还有用集成运放组成的LC振荡器。
在振荡器中,由于器件参数不可能完全一致,在通电瞬间,两个三极管的状态便会发生变化,在正反馈电路的作用下,这种变化越来越强烈,最终到达一个暂稳态。在暂稳态期间,另一个三极管在电容逐步充电后会到达导通或者截止状态,导致三极管状态发生翻转,到达另一个暂稳态。这样周而复始,便会形成振荡。 基于ADS的微波压控振荡器设计(2):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_21454.html