压控振荡器(VCO)技术综述文献综述
压控振荡器传递函数
压控振荡器传递函数一、概述压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一种可以通过调节输入电压来改变输出频率的电路。
在通信系统、雷达、卫星导航等领域中广泛应用。
本文将介绍VCO的传递函数及其相关知识。
二、VCO的工作原理VCO由振荡器和控制电路两部分组成。
其中，振荡器负责产生信号，控制电路则根据输入的电压调节振荡器的频率。
三、传递函数定义传递函数是指输入输出之间的关系，通常用数学公式表示。
在VCO中，传递函数可以表示为输出频率与输入电压之间的函数关系。
四、VCO的传递函数以下为VCO的传递函数表达式：f_out = f_min + K_vco * V_in其中，f_out为输出频率；f_min为最小输出频率；K_vco为VCO的灵敏度；V_in为输入电压。
五、解析传递函数1. 最小输出频率 f_min最小输出频率是指当输入电压为0时，VCO所能产生的最低频率。
它由振荡器本身决定，与控制电路无关。
因此，在计算传递函数时需要先确定最小输出频率。
2. 灵敏度 K_vco灵敏度是指输出频率随输入电压变化的比例关系。
它可以通过实验测量得到，也可以由VCO的设计参数计算得出。
灵敏度越大，表示VCO对输入电压的响应越灵敏。
3. 输入电压 V_in输入电压是指控制电路中用来调节VCO频率的电压信号。
它可以是直流电压、交流电压或者脉冲信号等形式。
六、传递函数应用举例以下为一个简单的例子，说明如何利用传递函数计算VCO的输出频率。
假设VCO的最小输出频率为1GHz，灵敏度为10kHz/V，输入电压为5V，则根据传递函数：f_out = f_min + K_vco * V_in可得：f_out = 1GHz + 10kHz/V * 5V = 1.05GHz因此，在输入电压为5V时，VCO的输出频率为1.05GHz。
七、总结本文介绍了VCO的工作原理、传递函数定义及其应用举例。
【2019年整理】实验一-压控振荡器VCO的设计-(2)
（四）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的 方法：包括原理图绘制，电路参数的调 整优化、仿真等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为Oscillator）及存储路径
VCO的设计（续）
设计指标：设计一个压控振荡器，振荡 频率在1.8GHz左右。
第一步根据振荡频率确定选用的三极管， 因为是压控振荡器，所以还需要一个变 容二极管；第二步需要用到ADS的直流 仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二 极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行 谐波仿真，计算相位噪音。
管子的选取
在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里需 要两个，还有一个OPTIM。
在Simulation－DC里面选择一个DC。
上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。
按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的 名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自 动给电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”， “Veb”节点。
瞬时波形，按
，并“new”一个新的
“Marker”，在“Vout”的瞬时波形图中，点击一下， 然后移动鼠标，把“marker”移动到需要的地方，就 可以看到该点的具体数值。
结果如下图所示：
按Eqn编辑公式：
这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进行一 个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是m3和m4之 间的频谱。
振荡器采用的初始电路
振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极 管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库 中均可以找到。
VCO技术经验总结
VCO技术经验总结近年来，VCO（电压控制振荡器）技术在无线通信领域得到了广泛的应用和发展。
作为一种重要的无线电频率源，VCO在射频集成电路设计中扮演着至关重要的角色。
在经过多年的研究和实践中，我积累了一些宝贵的VCO技术经验，总结如下。
首先，了解VCO的工作原理和基本结构是至关重要的。
VCO通过调整电压来控制输出频率，因此对控制电压的精确和稳定性要求较高。
此外，VCO的基本结构通常由振荡电路、调谐电路和控制电路组成。
振荡电路的选择和设计直接影响着VCO的性能。
因此，掌握VCO工作原理和基本结构，对于正确理解和应用VCO技术至关重要。
其次，合理的布局和阻抗匹配是成功设计VCO的关键。
VCO涉及到射频信号的传输和电磁波的辐射，因此电路的布局和阻抗匹配在抑制噪声和提高输出功率等方面起着重要作用。
在布局方面，应尽量避免导线或电源线的交叉和平行布局，以减少互相干扰。
在阻抗匹配方面，应注意在各个电路网络之间进行匹配，以避免信号传输时的反射和损耗。
此外，合理设计电源和地线的布局，能够有效地减少电源和地线上的干扰，并提高整体性能。
另外，良好的电源和环境噪声抑制是提高VCO性能的关键。
由于VCO是在射频工作频率下工作的，会受到各种噪声的干扰，如电源噪声、环境噪声等。
因此，在设计VCO时，应考虑采用低噪声的电源以及减少环境干扰的措施。
在电源设计方面，可以采用降噪滤波器、稳压器等来减少电源噪声。
在环境噪声方面，可以在射频集成电路的设计中加入屏蔽罩、屏蔽电路等来减少环境噪声的影响。
此外，合适的温度补偿技术可以改善VCO的稳定性。
由于VCO频率对温度非常敏感，因此应选择合适的温度补偿技术来降低温度对VCO性能的影响。
常见的温度补偿技术包括温度感知电阻和温度补偿电路等。
通过合理选择补偿电路的参数和设计方法，能够使VCO在不同温度下保持较好的工作稳定性。
最后，恰当的测试和测量方法对于验证VCO的性能和调整设计参数至关重要。
压控振荡器原理范文
压控振荡器原理范文压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）是一种将输入电压转化为可变频率输出信号的电子器件。
它是许多电子系统的重要组成部分，例如通信设备、音频合成器、射频发射机等。
在这篇文章中，我们将重点讨论压控振荡器的工作原理。
压控振荡器的核心部件是电容二极管，也称为控制电压与频率的传感元件。
电容二极管的容值可以通过改变控制电压来调节，进而改变振荡器的频率输出。
当控制电压增加时，电容的容值减小，频率输出也随之增加；反之，当控制电压减小时，电容的容值增加，频率输出也随之降低。
以简单的压控谐振器为例，它由一个放大器和一个谐振电路（由电感和电容组成）构成。
谐振电路的自然频率是由电感和电容的组合决定的。
放大器的输出信号通过谐振电路反馈到放大器的输入端，形成正反馈回路。
当系统达到谐振频率时，正反馈放大器将产生足够的增益，使系统产生高幅度、稳定的振荡输出。
在压控振荡器中，控制电压与电容二极管的电压成正比。
当控制电压增加时，电容二极管的容值减小，导致谐振电路的自然频率升高。
这个频率的变化可以通过控制电压与振荡器的电路参数之间的关系来计算。
通过适当选择电路元件的数值，可以实现所需的频率范围和线性度。
除了频率控制功能，压控振荡器还有其他一些重要的特性。
其中之一是相位噪声。
相位噪声是指振荡器输出信号相位的瞬时变化。
压控振荡器的相位噪声是由噪声源（如放大器、电感、电容等）引入的，它可以通过选择合适的电路设计和元件来减小。
总结起来，压控振荡器是一种将输入电压转化为可变频率输出信号的电子器件。
它的工作原理基于正反馈回路和谐振器的特性，利用控制电压和电容二极管的容值改变来调节输出频率。
压控振荡器在各种电子系统中都有广泛的应用，并且可以通过设计合适的电路来满足不同的需求。
压控振荡器（VCO）
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。
(V)T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F0 1KHz、10KHz和100KHz几种，根据产品特性作相应规定。
压控振荡器(VCO)工作原理
3．15压控振荡器一.实验目的1.了解压控振荡器的组成、工作原理。
2.进一步掌握三角波、方波与压控振荡器之间的关系。
3.掌握压控振荡器的基本参数指标及测试方法。
二.设计原理电压控制振荡器简称为压控振荡器，通常由VCO(V oltage Controlled Oscillator)表示。
是一种将电平变换为相应频率的脉冲变换电路，或者说是输出脉冲频率与输入信号电平成比例的电路。
它被广泛地应用在自动控制，自动测量与检测等技术领域。
压控振荡器的控制电压可以有不同的输入方式。
如用直流电压作为控制电压，电路可制成频率调节十分方便的信号源；用正弦电压作为控制电压，电路就成为调频振荡器；而用锯齿电压作为控制电压，电路将成为扫频振荡器。
压控振荡器由控制部分、方波、三角波发生器组成框图如下：反相器 1反相器 2模拟开关方波、三角波发生器三角波方波3-15-11.方波、三角波发生器我们知道，方波的产生有很多种方法，而用运算放大器的非线性应用电路---电压比较器是一种产生方波的最简单的电路之一。
而三角波可以通过方波信号积分得到。
电路如图C3-15-2设t=0,Uc=0,Uo 1=+Uz,则Uo=-Uc=0,运放A 1的同相端对地电压为：U+’=212211R R R U R R R U o z +++此时，Uo 1通过R 向C 恒流充电，Uc 线性上升，Uo 线性下降，则U+’下降，由于运放反相端接地，因此当U+’下降略小于0时，A 1翻转，Uo1跳变为-Uz 见土，此时Uo 略小于-R 1×U 2/R 2。
在t=t 1时，Uc=-Uo=R 1×U 2/R 2,Uo1=-Uz.运放A 1的同相端对地电压为：212211'R R UoR R R UzR U ++++=+ 此时，电容C 恒流放电，Uc 线性下降，Uo 线性上升,则U+’也上升。
当U+’上升到略大于0时，A 1翻转，Uo 跳变为Uz ，如此周而复始，就可在Uo 端输出幅度为R 1×U 2/R 2的三角波。
电压控制振荡器（VCO）的基础知识及其选型和使用
电压控制振荡器（VCO）的基础知识及其选型和使用许多电子应用需要根据其他信号的幅值来改变某个信号的频率。
调频信号便是一个很好的例子，其中的载波频率随着调制源幅值的变化而变化。
此外，还有锁相环(PLL)：这种电路使用控制系统来改变振荡器的频率和/或相位，以匹配输入参考信号的频率/相位。
设计者的目标是：确定如何尽可能以高效、低成本的方式实现该功能，同时确保精度、可靠性以及不受时间和温度影响的稳定性。
这就是压控振荡器(VCO) 的功能。
这类器件专用于提供一种频率会在合理的范围内随输入信号的电压幅值变化而变化的输出信号。
压控振荡器可用于PLL、频率和相位调制器、雷达和许多其他电子系统中。
本文将说明为什么 VCO 往往是设计者实现这一功能的最佳选择，然后简要介绍VCO 的工作原理，以及从分立元器件设计到单片VCO IC 的各种VCO 设计。
然后，通过来自不同供应商的实际案例来探讨如何指定VCO，以匹配特定应用。
这些厂商包括Maxim Integrated、Analog Devices、Infineon Technologies、NXP Semiconductors、Skyworks Solutions 和 Crystek Corporation 等。
VCO 的作用是什么？如前所述，许多电子应用需要根据另一个信号的幅值来改变或控制某个信号的频率或相位。
典型应用包括通信系统、雷达中的频率啁啾、PLL 中的相位跟踪以及远程无钥匙进入等跳频应用（图 1）。
VCO 专门用于产生一种频率会根据输入信号的幅值在合理范围内变化的输出信号。
VCO 如何工作VCO 分为分立、模块化和单片形式，但通过对分立式VCO 的讨论有助于读者从基本上了解其工作原理以及为什么某些指标非常重要。
随后简要介绍模块化和单片解决方案。
使用 VCO 分立式方法，设计者能够极其灵活地满足定制指标。
这种方法在自己动手(DIY) 项目中尤为常见，特别是在业余无线电领域。
压控振荡器
摘要压控振荡器作为无线收发机的重要模块，它不仅为收发机提供稳定的本振信号，还可以倍频产生整个电路所需的时钟信号。
它的相位噪声、调节范围、调节灵敏度对无线收发机的性能有很大影响。
文章首先介绍了振荡器的两种基本理论:负反馈理论和负阻振荡理论。
分别从起振、平衡、稳定三个方面讨论了振荡器工作所要满足的条件，并对这些条件以公式的形式加以描述。
接着介绍了两种类型的压控振荡器:环形振荡器和LC振荡器。
对这两种振荡器的结构、噪声性能和电源的敏感性方面做出了分析和比较，通过分析可以看出LC压控振荡器更加适合于应用在射频领域。
紧接着介绍了CMOS工艺可变电容和电感的物理模型，以及从时变和非时变两个方面对相位噪声进行了分析。
最后本文采用csm25Rf工艺并使用Cadence SpectreRF仿真器进行仿真分析，设计了一个COMS LC压控振荡器，频率变化范围为2.34GHz-2.49GHz，振荡的中心频2.4GHz，输出振幅为 480mV，相噪声为100kHz 频率偏移下-91.44dBc/Hz ，1MHz频率偏移下-116.7dBc/Hz， 2.5V电源电压下功耗为18mW。
关键词：LC压控振荡器；片上螺旋电感；可变电容；相位噪声，调谐范围。
ABSTRACTV oltage-control-oscillator is the crucial components of wireless transceiver , it provides local signal and clock for the whole circuit, its performance parameter, such as: phase noise, tuning range, power consumption, have great effect on wireless transceivers.Firstly, two oscillator theorems: negative-feedback theorem and negative-resistance theorem , are presented and the conditions of startup, equilibrium, stabilization required for oscillator are discussed respectively.Secondly , we introduce two types of VCO : ring VCO and LC VCO ,and made a comparison between them , it is obvious that LC VCO are suit for RF application. The physical model for MOS varactor and planar spiral inductor are present.At last, a COMS LC VCO with csm25rf technology is presented , the VCO operates at 2.34GHz to 2.49 GHz, and its oscillation frequency is 2.4GHz. The amplitude is 480 mV. The phase noise at 100 kHz offset is –91.48dBc/Hz, and -116.7dBc/Hz at 1MHz. The power consumption of the core is 18mW with 2.5V power supply.Key Words：LC VCO；on-chip spiral inductor；MOS-varactor；phase noise；turning range.目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 LC压控振荡器的研究现状 (2)1.2.1 片上电感和可变电容 (2)1.2.2 相位噪声理论和降噪技术 (2)1.3 论文研究的主要内容 (3)第二章 LC振荡器的基本原理 (5)2.1 振荡器概述 (5)2.2反馈理论 (5)2.2.1巴克豪森准则 (5)2.2.2平衡条件 (6)2.2.3 稳定条件 (7)2.3 负阻理论 (8)2.3.1 起振条件 (8)2.3.2 平衡条件 (8)2.3.3 稳定条件 (9)2.4 常见的振荡器 (11)2.4.1 环形振荡器 (11)2.4.2 LC振荡器 (11)第三章压控振荡器的实现 (13)3.1 环形振荡器 (13)3.2 LC压控振荡器 (14)3.2.1 COMS变容管的实现 (14)3.2.2 COMS工艺中的电感 (17)3.3 LC压控振荡器的实现 (21)3.3.1 LC交叉耦合振荡器 (21)3.3.2 压控振荡器的数学模型 (22)3.3.3 LC压控振荡器的实现 (23)3.4 振荡器的相位噪声 (24)3.4.1 相位噪声的知识 (24)3.4.2 非时变模型 (26)3.4.3时变模型 (28)3.4.4 降低相位噪声的方法 (32)第四章 2.4GHz LC压控振荡器设计方案 (34)4.1 电路结构的选择 (34)4.2 谐振器的设计 (34)4.2.1 片上电感 (34)4.2.2 MIM电容 (35)4.2.3 压控变容器(Varactor) (35)4.2.4 谐振器电路设计 (35)4.3 负电阻产生电路设计 (36)4.4 外围电路 (36)4.5 电源电路 (38)第五章仿真结果分析 (39)5.1 电路模拟结果 (39)5.1.1 LC压控振荡器V-f曲线 (39)5.1.2 瞬态仿真曲线 (40)5.1.3 频谱分析曲线 (40)5.1.4 相位噪声仿真曲线 (41)5.2 VCO的性能总结 (42)结束语 (43)致谢 (44)参考文献 (45)第一章绪论1.1 研究背景随着集成电路技术的发展，电路的集成度逐渐提高，功耗变的越来越大，于是低功耗的CMOS技术优越性日益显著。
压控振荡器原理范文
压控振荡器原理范文压控振荡器（Voltage-controlled oscillator，简称VCO）是一种能够根据输入电压信号的大小调整输出频率的电路。
它在无线通信、射频电路、音频合成等领域都有广泛应用。
本文将解释压控振荡器的原理，包括基本原理、工作方式和特性。
基本原理：工作方式：压控振荡器通常采用谐振器结构。
最常见的振荡电路是基于电感和电容组成的LC谐振电路，该电路具有固有的谐振频率。
LC谐振电路由负反馈网络连接到放大器的输入端。
在谐振频率附近，放大器会提供适当的增益，使振荡电路稳定起振。
调节输入电压：在压控振荡器中，输入电压信号通过一个调节电压控制电路调整振荡频率。
一种常见的调节电压控制电路是利用二极管的反向击穿特性。
调节电压通过二极管对谐振电路施加电压，改变振荡频率。
特性：1.频率范围：取决于振荡电路的设计和控制电路的调节范围。
一般来说，频率范围越大，压控振荡器的应用范围也越广。
2.稳定性：指的是输出频率对外部环境因素的敏感度。
压控振荡器应具有较高的稳定性，以确保在各种工作条件下频率的准确性和稳定性。
3.调谐灵敏度：指的是输入电压变化对输出频率的影响。
较高的调谐灵敏度意味着小的输入电压变化可以产生较大的频率变化。
4.相位噪声：是衡量压控振荡器输出信号稳定性的重要指标。
相位噪声越低，输出信号的相位变化越小，意味着信号的稳定性越高。
应用：总结：压控振荡器是一种能够根据输入电压调整输出频率的电路。
它利用正反馈产生自激振荡，通过调节输入电压来改变频率。
压控振荡器具有不同的特性，如频率范围、稳定性、调谐灵敏度和相位噪声。
它在无线通信、射频电路和音频合成等领域都有广泛的应用。
压控振荡器(VCO)技术综述文献翻译
压控振荡器（VCO）技术综述1. 前言压控振荡器(voltage-controlled oscillator, VCO) 是一种以电压输入来用来控制振荡频率的电子振荡电路,是现代无线电通信系统的重要组成部分课题。
在当今集成电路向尺寸更小、频率更高、功耗更少、价格更低发展的趋势下，应用标准工艺设计生产高性能的压控振荡器已是射频集成电路中的一个重要课题。
环形振荡器易于集成，可调频率范围大，但相位噪声不如性能不如LC振荡器。
LC 压控振荡器要求高品质因素的无源器件，需要片上电感和变容管器件才能集成集成。
振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。
在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。
随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。
尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。
2. 主题2.1 VCO的发展过程上世纪初，Armstrong发明了电子管振荡器，经Hartley改进电路设计并开发成功电子管VCO。
电子管VCO的振荡频率是通过改变振荡电路中电感器或电容器的参数值来进行调节。
当时人们对电子管振荡电路开展了大量的研究，今天仍在沿用的Hartley，Colpitts，Clapp，Armstrong，Pierce等经典振荡电路结构，就是当时的研究成果。
上世纪中叶，晶体管问世并很快取代电子管成为振荡电路的有源器件。
压控振荡器的发展状况
压控振荡器的发展2020-03-11压控振荡器的发展和其他电子产品的发展一样经历了电子管晶体管单片集成之路上世纪初Armstrong 首先发明了电子管振荡器经Hartley改进电路设计制造出了以他自己名字命名拓扑结构的振荡器电路并用电子管实现了第一个压控振荡器在他制造的振荡电路中他将电子管作为放大器使用并用电感反馈产生了一个再生振荡振荡器的频率是由线圈电感和电路电容决定的振荡频率调节是通过改变振荡电路中电感器或电容器的参数值来进行的Hartley振荡器电路很快在发射机中普及起来并在第一次世界大战中得到大范围应用同时代有很多其他科学家也对电子管振荡电路开展了大量的研究今天仍在沿用的Hartley Colpitts Clapp ArmstrongPierce等经典振荡电路结构就是当时的研究成果。
到了四十年代末第一个双极型晶体管在贝尔实验室诞生晶体管很快取代电子管成为振荡电路的有源器件这极大地改变了振荡器的实现技术和已经建立的振荡器拓扑结构在这期间变容二极管的应用对VCO的发展具有重要意义变容二极管本质上是个反偏的PN结它的结电容可以随外加电压的改变而变化用变容二极管作压控器件改变其控制电压就可实现VCO振荡频率的调节这样晶体管变容二极管和其他无源元件就构成了分立式的晶体管VCO 这种晶体管VCO不再需要对电路中的电感或电容进行机械的调节代之的是振荡频率的电子调谐而电子调谐可以实现对频率源信号精确的电子控制在锁相环(PLL)电路发展过程中起到的作用也是不可估量的与电子管VCO 相比较晶体管VCO具有电子调谐体积小成本低功耗小质量好调频范围设置简便等优点晶体管VCO的发展也是电视技术能在当时迅速推广的重要原因1960年至1980年晶体管VCO 被电子系统设计所广泛采用进入八十年代移动通讯系统开始出现并得到迅猛的发展这极大的扩大了VCO的需求量并且也对它的各方面的性能提出了新的要求要求之一是小型化移动通讯产品的体积有限集成度要求高分离元件VCO显然不能满足需要这样首先产生了VCO模块组件即一个建立在一块衬底上并安装在金属外壳内的分立元件振荡器的微缩版本模块是独立的只需要外接地电源调谐电压和输出负载随着元件的小型化和封装技术的发展VCO模组的的尺寸得到极大的减小市场上的模组的尺寸已达到4mm 5mm 2mm 与模组VCO发展的同时单片集成的VCO也开发了出来得以发展单片IC VCO技术是将所有的LC VCO电路元件包括晶体管电容电阻电感和变容二极管都集成到一块芯片上的一种VCO实现技术与VCO模块相同这些器件经过配置组成一个完整的VCO 外部只需要连接电源地输出调谐输入和数字控制线与模组VCO比较单片集成的VCO体积更小成本更低并且在工艺兼容的条件下集成的VCO模块可以做进它所应用的系统芯片中从而成为系统整体的一部分直接提高系统的性能。
2024年VCO(压控振荡器)市场发展现状
2024年VCO（压控振荡器）市场发展现状1. 简介VCO（Voltage Controlled Oscillator）是一种能够产生频率可调的信号的设备。
它广泛应用于无线通信、雷达、军事和工业领域等多个行业。
VCO市场因其在以上领域的重要作用，正处于不断发展和壮大阶段。
2. 市场规模VCO市场在过去几年中取得了显著的增长。
根据市场调研机构的数据显示，2019年全球VCO市场规模达到了XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元。
主要推动市场增长的因素包括通信技术的快速发展、智能手机的普及以及无线网络的扩展。
3. 市场驱动因素3.1 通信技术的快速发展随着5G通信技术的商用化进程加速，对高性能射频设备的需求不断增加。
VCO作为射频信号源模块中的核心组成部分，其稳定性和调频范围将对通信系统的性能起到关键的作用。
因此，在通信技术的快速发展推动下，VCO市场将继续保持增长态势。
3.2 智能手机的普及智能手机的广泛应用也推动了VCO市场的发展。
随着智能手机功能的不断增强，对射频部件的需求也在不断增加。
VCO作为智能手机的关键组成部分，其性能和稳定性对手机信号的质量和覆盖范围有着直接的影响。
因此，随着智能手机市场的扩大，VCO市场也将得到进一步发展。
3.3 无线网络的扩展无线网络的快速普及和扩展也对VCO市场起到了推动作用。
随着无线网络技术的进步，对高稳定性的射频信号源的需求也与日俱增。
VCO作为射频信号源的核心设备之一，对提供高质量信号起着重要作用。
因此，随着无线网络的不断扩展，VCO市场也将继续增长。
4. 市场竞争格局目前，全球VCO市场竞争激烈，主要厂商包括SiTime、Crystek Corporation、Epson Electronics America Inc.、ON Semiconductor等。
这些厂商在稳定性、调频范围、价格等方面不断推出创新产品，以满足市场需求。
此外，VCO市场还存在一些挑战。
VCO(压控振荡器)
VCO示例：负阻振荡器
引入电感和 电容的损耗
这种振荡器结构在目前的CMOS实现中是非常流行的 – 优点： 结构简单 差动实现形式（有利于驱动差动电路） 可实现较好的相噪声性能
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
负阻振荡器分析（第1步）
谐振腔的窄 带并联RLC
注意到我们得到一个跨导为负值的二极管连接的器件
– 用负电阻代替 注意：Gm是大信号跨导值
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
负阻振荡器设计
设计高Q值的谐振电路
– 得到的Rp值尽可能大
选择偏置电流(Ibias)以获得大的摆幅(避免Gm过度饱和)
– 我们将紧接着估计摆幅与Ibias的函数关系
选择晶体管尺寸以获得足够大的gm1
– 通常选为1/Rp1的两倍，以保证起振
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
计算振荡器的摆幅：最大的正弦振荡
如果我们假定幅度较大，在正弦的峰值和谷值处，Ibias 被完全切换到电路的一侧
H.-S. Lee & M.H.Perrott
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
宽带高速数据链路中的VCO设计
来自 宽带发射机
PCB走线
封装 接口
输入
时钟数 据恢复
数据
数据
输入
鉴
相器
环路 滤波器
数据输出
Clk 输出
设计问题：
– 与无线相同，但是： – 噪声性能要求通常更低 – 调节范围通常更窄
H.-S. Lee & M.H.Perrott
实验二压控振荡器VCO的设计
ADS软件的启动
? 启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
? 点击File->New Project 设置工程文件名称（本 例中为Oscillator ）及存储路径
创建新的工程文件（续）
? 工程文件创建完毕后主窗口变为下图
创建新的工程文件（续）
? 同时原理图设计窗口打开
VCO的设计
? 设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是 管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定 管子的参数 ，选好三极管和变容二极管；第二 步是根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置 电路的偏置电阻；第三步是确定变容二极管的 VC特性，先由指标（设计的振荡器频率）确定 可变电容的值，然后根据 VC曲线确定二极管两 端直流电压；第四步是进行谐波仿真，分析相 位噪音，生成压控曲线，观察设计的振荡器的 压控线性度。
?
设置HB仿真器
? 利用ADS里面的 HB simulation 可以仿真振荡器的 相位噪音，如下图设置好 HB仿真器，选择计算非 线性噪音和调频噪音。
?
设置HB仿真器
谐波平衡仿真电路图
? 在振荡器里面加入一个Oscport器件配合使用，接在反馈网 络和谐振网络之间，这是谐波平衡法仿真相位噪音的需要。 其中“OscPort”是在类“Simulation-HB”里面。另外，考虑 到该器件的频率隔离度不够高，所以可以在输出端加一个 带通滤波器。如下图所示：
名，默认与原理图名称
一致），从图中可以看
到压控的线性度还是可 以的，当Vtune＝3.75V
时，振荡器的输出频率 为1.796GHz。
输出电压与频率之间的关系
功率－频率曲线
输出功率与频率之间的关系
ADS使用小结
? 以上详细介绍了用 ADS设计微波振荡器的过程， 在设计过程中的一个最大的体会是 ADS软件本 身功能强大，但是学习入门比较困难，而且用 ADS设计振荡器的资料很少，实际设计时会遇 到各种各样的问题，多看 Help是最好的解决方 法。帮助里面的查找功能是非常强大的，基本 上在ADS上遇到的问题都可以从帮助里面找到 答案，另外 ADS器件库的搜索速度虽然比较慢， 但还是很好用的，如果有什么器件一时找不到， 建议使用器件库来搜索。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单位代码学号_*********分类号_ _ _密级_ _ _文献综述跟踪VCO的发展院（系）名称信息工程学院专业名称通信工程学生姓名郭威指导教师宋家友2012年5月2日跟踪VCO技术的发展摘要随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速发展，特别是近年来物质生活水平的提高，人们相互之间交往所利用的通信手段也越来越多，人们不断追求生活方式的多样化和个性化；电子科学的发展尤其是无线通信的快速发展给人们工作和生活注入了新的色彩；人们可以随心所欲地享受着无线通信工具所带来的乐趣。
本文记录了自1910年以来压控振荡器(VCO)的发展历史，给出了在RF IC中集成VCO的实例。
文章阐述了相关技术，并探讨了产品性能、尺寸的演进过程。
文章还预测了未来的发展趋势。
关键词：压控振荡器，谐振回路，变容二极管1引言压控振荡器(VCO)在无线系统和其它必须在一个范围的频段内进行调谐的通信系统中是十分常见的组成部分。
许多厂商都提供VCO产品，它们的封装形式和性能水平也是多种多样。
现代表面贴装的射频集成电路(RFIC) VCO继承了近百年来的工程研究成果。
在这段历史中，VCO技术一直在不断的改进中，产品外形越来越小而相位噪声和调谐线性度越来越好。
2振荡器电路的发展与分类2.1振荡器的发展自从Edwin Armstrong提出外差原理以来，振荡器就成为了最基本的元件。
在这种应用中，振荡器将正弦信号输入到非线性混频器元件中，混频器通过将振荡器信号与其它输入信号相乘实现频率变换[1]。
当然，Armstrong意识到，为了控制频率变换他需要一个可以产生具有相应频率的稳定正弦时变电压(或电流)的电子电路。
大约就在那时，他发现可以通过配置Audion (一种早期的真空管)来产生振荡，于是他发明了第一个电子振荡器** (不同于早期无线发射机中使用的那种原始的火花隙振荡器)。
回首过去，Armstrong掀起的振荡器技术革命使火花发射机迅速被淘汰，导致了高性能无线电接收机的发展。
从20世纪10年代Armstrong的发明到今天，VCO技术的进步经历了真空管振荡器、晶体管振荡器、振荡器模块儿解决方案直到今天基于RFIC的振荡器几个阶段。
VCO技术的面貌仍然处于快速的变化中，不久以后许多系统中的振荡器将只保留在基本拓扑结构和算术原理上与早期振荡器的相似。
Armstrong的发明很快被Ralph V. L. Hartley进行了改良并发明出了他自己的振荡器电路拓扑结构(图1)。
Hartley利用了真空管技术的进步，在他发明的振荡电路中将真空管作为放大器使用，并用电感反馈产生了一个再生振荡。
振荡器的频率是由线圈电感和电路电容决定的。
这个电路是正弦信号发生技术的一项突破。
它具有比以往更大的频率范围，只需要简单地改变线圈电感或者是电容值就能改变频率。
Hartley振荡器[2]电路开始在发射机中普及起来并很快在第一次世界大战中得到应用。
此时的发射机和接收机都采用了这种新的、基于真空管的振荡器电路。
振荡器电路的革新产生了深远的影响，此后发明的一些优秀的电路拓扑结构直到今天仍然在使用中，如Hartley、Colpitts、Clapp、Armstrong和Pierce等结构。
图1. Hartley振荡器的实例：(a) 用真空管实现和(b) 用JFET实现在Armstrong的超外差接收机理论中，输入信号与振荡器信号混频产生恒定的中频(IF)信号。
为了保持中频的恒定，输入信号频率变化时振荡器也必须改变频率。
使用可变频率的振荡器就可以调谐频率变换电路使之适用于很宽频率范围的RF输入信号，从而实现多信道的通信，就像调幅(AM)无线电那样。
这种可变频率的振荡器是基本谐振电路振荡器的改进版本，它的一个谐振元件(电感或者电容)取值是可变的，大多数情况下可变元件为电容。
高品质可变电容器采用的是统调多金属板空气间隙电容。
随着无线电技术的进步，振荡电路技术发生了很多的革新。
工程师们发明了数不清类型的线圈、可变电容、反馈技术和真空管来实现振荡器和频率变换电路。
很多精致优美的设计方案可以通过无线装置外部的机械刻度盘对振荡器频率进行精确和高质量的调谐。
图2是一个重建的1929年Hartley型发射机的照片(由热心的业余无线电爱好者制作W9QZ)[3]。
图2. 早期的1929年Hartley型发射机2.2振荡器的分类2.2.1双极型晶体管和变容二极管真空管振荡器在商用和军用无线电接收机中得到广泛的应用持续了许多年的时间，例如AM和调频(FM)无线电、电视以及军用语音通信。
然而，半导体放大器器件的发明，如晶体管和变容二极管，引发了VCO技术的又一轮剧烈变革。
第一只双极型晶体管是在40年代晚期由贝尔试验室(Bell Laboratories；Holmdel, NJ)发明的，随后晶体管在50年代开始代替真空电子管。
新的晶体管比电子管体积更小消耗功率更低，随着所需工作电压的降低最终使成本变得更低。
晶体管开始取代真空电子管作为有源元件应用在振荡器中，这极大地改变了振荡器的实现技术和已经建立的振荡器拓扑结构[4]。
可以证明的是，变容二极管(电容随着电压变化的反偏置PN结)的使用对VCO的发展方向具有比晶体管更大的影响。
60年代早期，对变容二极管技术进行了大量的研究，变容二极管迅速取代了机械调节元件的位置成为应用在VCO中的可变电容元件。
变容二极管对频率源信号精确的电子控制在锁相环(PLL)电路发展过程中的重要作用是不可估量的。
那一时期，电视机的快速发展为向基于变容二极管和晶体管的VCO过渡作出了很大的贡献。
此时，价格合理、功耗低、高质量、具有自身电子调谐功能、能够容易地进行频率范围重新配置的VCO已经成为可能。
基于分立晶体管和变容二极管的VCO 主宰了从60年代到80年代的电子电路设计。
但是到了80年代，两项新技术开始对VCO 的发展产生影响：模块化方法和单片VCO集成电路(IC)。
图3显示了在过去的80年中VCO技术的发展情况。
图3. VCO技术的生命期及其相应年代2.2.2单片VCO单片IC VCO技术是将所有的LC (电感-电容) VCO电路元件，包括晶体管、电容、电阻、电感和变容二极管，都集成到一块芯片上的一种VCO实现技术。
与VCO模块相同，这些器件经过配置组成一个完整的VCO，外部只需要连接电源、地、输出、调谐输入和数字控制线。
(注：这里所说的VCO不包括压控环路振荡器，因为它们的相位噪声特性较差以至于在大多数无线电系统中都不再使用)[5]。
第一块单片VCO IC的诞生碰巧与砷化镓(GaAs) IC技术和单片微波集成电路(MMIC)的开发处在同一时间。
单片VCO技术最早出现在80年代早期的文献1, 2中，那段时间人们正在对MMIC在商用和军用领域的应用进行重点研究(大部分是由美国DARPA MIMIC项目资助的)。
尽管MMIC VCO的制造占用面积不是特别的高效率，导致它的成本并不是很划算，早期的MMIC VCO仍然使用2英寸直径的晶圆和GaAs IC 工艺制造。
通常，这些VCO工作在数GHz的频率上，这与其应用目标卫星接收机和雷达系统的频率相一致。
大多数早期的单片GaAs VCO是作为DARPA MIMIC研究项目的一部分开发出来的，对商用市场的影响很小。
硅片IC技术在80年代仍然属于低频技术，缺乏千兆赫兹频率单片VCO所要求的带宽。
但是到了90年代，硅片IC技术已经开发出了具有足够高特征频率(fT)的器件以及相适应的单片元件(高Q值电感、高频率电容和变容二极管)，这样就能开发出更高频率的硅单片VCO。
无线市场已经展现出它的广阔和增长潜力，这些都刺激着对800MHz至2500MHz低成本VCO的需求。
2.2.3振荡器的发展趋势很多发展趋势正在影响着具有改进相位噪声的单片VCO的开发。
例如，基本的RFIC工艺在不断改进，半导体工艺能实现的品质因数在不断改善，各种有源和无源器件的性能也都在提高中。
在硅工艺方面，现在已经能制造出f T超过50GHz的晶体管，具有宽电容比调谐范围(低串连阻抗)的更高Q值变容二极管也可以实现。
这些工艺的特点是具有更低损耗的衬底，它的金属层更厚，电感Q值更高。
采用这些工艺制作的器件可以减少寄生元件，使VCO具有更低的相位噪声，更高的工作频率和更低的电流消耗[6]。
设计技术正在变得越来越先进。
VCO的研究者通过发明更先进的电路来充分利用IC技术的能力以进一步改善VCO的性能。
研究者们正在引入一些从前的分立VCO和模块VCO方法不可能实现的技术，如差分振荡器拓扑结构、振幅控制、二次陷波、用于改善耦合的IC转换器、多振荡器拓扑结构和一些能够在更高频率下工作的体系结构。
设计工程师们对VCO理论的理解也越来越深入。
他们正在对过去的数学模型如Van der Pol等式和Leeson等式作进一步的研究，得出了新的解释振荡器工作现象(如调谐特性和相位噪声性能)的分析表达式。
例如，设计者们正在用Abidi关系改进Leeson 的噪声公式。
除此之外，随着个人电脑和工作站计算机处理能力的提高，计算机辅助工程(CAE)工具的功能和复杂程度也在提高之中，这使工程师们可以对VCO功能模型进行试验以发现其性能的改进。
单片VCO技术新产品的数量在不断地增多，并且这些高品质的VCO与收发机电路集成在一起。
例如，用于WLAN和Bluetooth市场的最新的收发机在其RF收发机IC 内集成了VCO，与使用分立元件相比极大地减小了产品尺寸。
在更高性能的WLAN无线系统中(2.4GHz IEEE® 802.11b以及5GHz 802.11a)，系统需要具有非常低相位噪声的更高性能VCO来满足包数据率和阻塞水平的要求[7]。
RFIC VCO技术的进步使这些集成产品对数量日益增长的商业RF应用更加具有吸引力，这些应用包括卫星接收机、CATV机顶盒、无线数据应用、无绳电话和移动电话等。
显然，单片VCO与分立和模块化VCO解决方案相比在大批量的应用中正在获得越来越多的份额。
单片VCO很快就会在所有大批量商用无线系统中成为最主流的振荡器实现方案。
从笨重的电子管电路到今天小于1平方毫米的硅片，VCO跨越了不同寻常的发展之路成为现代发展的主流方向。
所以在今天企业几乎都在制作研究这种单片VCO,各大学也在积极配合这种趋势。
总结LC振荡器因谐振回路具有很高的选择性，即使放大器工作在非线性区，振荡电压仍非常接近正弦形。
但因它的谐振元件LC之值限于体积不宜过大，振荡频率不宜太低,一般为几百千赫到几百兆赫。
频率稳定度一般为10-2～10-4量级，略优于RC振荡器，但比石英晶体振荡器要低几个数量级。
谐振元件L或C的数值调节方便，可借以改变荡频率，因而为广播、通信、电子仪器等电子设备所广泛采用参考文献[1] 全国大学生电子设计竞赛组委会．全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2005)[J]．北京：北京理工大学出版社，2006.[2] 全国大学生电子设计竞赛组委会．全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2003)[J]．北京：北京理工大学出版社，2004.[3] 林春方. 高频电子线路[M]．北京:电子工业出版社,2007.[4] 王卫东，傅佑麟.高频电子线路[M]．北京：电子工业出版社，2004.[5] 于海勋，郑长明.高频电路实验与仿真[M]．北京：科学出版社，2005.[6] 陈梓城.模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007.[7] 侯丽敏.通信电子线路[M]．北京：清华大学出版社，2008.[8] 稻叶保.振荡电路的设计与应用[M]．北京：科学出版社，2004.[9] 刘延飞，李琪，王晓戎，常春藤.基于multisim 9的电子系统设计、仿真与综合应用[M]．北京：人民电邮出版社，2008.[10] 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛电路设计（第2版）[M]．北京：北京航空航天。