压控振荡器
压控振荡器的定义控振荡器工作原理及应用
压控振荡器的定义控振荡器工作原理及应用压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）是一种电子振荡器，它的振荡频率可以通过外部施加的电压进行控制。
VCO在电子设备中广泛应用于频率合成器、频率调制器、时钟源等领域。
VCO的工作原理如下：VCO的核心组件是一个电压控制的振荡电路，通常包含一个可变电容器或电感和运放或其他放大器。
这个电路根据控制电压的变化而变化，进而产生不同频率的输出信号。
最常见的VCO实现方式是利用电容变化来改变振荡频率。
当一个电压施加在可变电容上时，电容的值会发生变化，从而导致振荡频率的变化。
这种方式可以通过改变电压控制电容器的工作点来实现。
另一种实现方式是利用电感。
当电流通过电感时，会产生磁场，磁场的变化又导致电感的电流变化。
通过改变控制电压，可以改变电感上的电流，从而改变振荡频率。
VCO的应用非常广泛，在通信领域中，VCO经常用于频率合成器。
频率合成器通过将一个基准频率乘以一个整数倍数来产生期望的输出频率。
VCO作为频率合成器的核心部件，可以根据控制电压的变化实现多样化的输出频率。
VCO也常用于频率调制器中。
在调制过程中，VCO的频率会根据调制信号的变化而相应地发生调制。
这样一来，VCO可以将调制信号的信息嵌入到振荡信号中。
此外，VCO还被广泛应用于时钟源。
时钟源是计算机系统、通信系统、音频系统等电子设备中不可或缺的组成部分。
VCO可以根据控制电压的变化来调整时钟源的频率，从而满足不同系统的要求。
总结起来，VCO是一种通过控制电压来调整振荡频率的电子振荡器。
它通过改变电容或电感的工作状态，实现对振荡频率的调节。
VCO在频率合成器、频率调制器、时钟源等方面都起到重要作用，是现代电子设备中不可或缺的关键组件之一。
压控振荡器
压控振荡器压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一种电路，可以根据输入电压的变化而生成相应频率的信号。
VCO广泛应用于通信系统、雷达、无线电发射器等领域，是现代电子设备中不可或缺的组成部分。
方案一：基于电感-电容（LC）谐振电路的压控振荡器设计1.电路原理在LC谐振电路中，电感和电容的组合能够形成一个谐振回路。
当LC 电路中的电感和电容数值合适时，谐振电路会产生一个稳定的频率。
我们可以通过改变电容的值来改变谐振频率，从而实现压控振荡。
可将VCO分为两大模块，即振荡器电路和调谐电路。
振荡器电路：包括LC电路、放大器和反馈网络。
LC电路是谐振结构的核心，放大器用于提供振荡电路的增益，反馈网络将部分振荡输出信号输入到放大器的输入端。
2.电路实现首先，需要确定振荡器的工作频率范围和中心频率。
选择合适的电感和电容数值，使得振荡器在预期频率范围内正常工作。
接下来，设计放大器的增益和反馈网络的增益，以保证正反馈的存在，使振荡器能够自持振荡。
3.压控调谐（VCT）技术压控振荡器要能够实现频率的可调，需要采用压控调谐（Voltage Control Tuning，简称VCT）技术。
常见的VCT技术包括改变电容值、改变电感值和改变电源电压。
在本方案中，我们采用改变电容值的方法来实现压控调谐。
4.控制电路为了实现对电容值的控制，需要设计一个控制电路。
控制电路可以根据输入的电压信号来改变电容值，从而实现对振荡器频率的调节。
控制电路通常由一个比较器和一个电压-电容转换电路组成。
比较器将输入信号与参考电压进行比较，输出响应的电平控制电容值的改变。
5.特性和性能压控振荡器的性能指标包括频率稳定度、调谐范围、调谐灵敏度、输出功率等。
频率稳定度是指振荡器频率的稳定性，调谐范围是指振荡器的工作频率范围，调谐灵敏度是指输入电压变化与频率变化的关系，输出功率是指输出信号的幅值。
总结方案一是基于LC谐振电路的压控振荡器设计。
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。
压控振荡器的指标
压控振荡器（VCO）的主要指标包括：
1. 频率：振荡器的输出信号的重复率，以赫兹（Hz）为单位，即每秒所包含的周期数。
频率稳定性是振荡器的基本性能指标之一，参考额定输出频率通常以百万分率（parts per million，ppm）或十亿分率（parts per billion，ppb）计。
2. 调谐范围：调节输出频率的变化范围，即振荡器的最大调谐频率和最小调谐频率的差值。
压控振荡器要有足够大的调谐范围才能满足输出频率达到所需要的值。
3. 调谐增益：即压控振荡器的灵敏度，是指单位的输入电压与输出频率的变化，一般用Kv表示，单位是Hz/V。
在实际应用上讲，压控器的灵敏度越高，噪声响应在控制线路上越强，结果干扰输出频率就越大，就会使压控振荡器的噪声性能降低。
所以需要寻找VCO的增益和噪声性能的平衡。
除此之外，压控振荡器的中心频率指的是频率调节范围的中间值，即振荡器频率的最大值和最小值的中间值，中心频率的大小取决于振荡器的结构和元器件参数，而且还随着工艺和温度相应改变。
以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
压控振荡器
射频通信电路
7.4.2 变容二极管压控振荡器
变容二极管——势垒电容随外加电压而变化 工作时的基本要点
① 二极管反向偏置，
外加电压变化时二极管应始终保持不导通
~
② 结电容
C j 与外加电压的变化规律
C j0
n
Cj
VD 1 VB
结果： 将晶体呈电感的范围从
fq ~ f p
fS ~ f p
则振荡器的可调频率范围 也相应展制带宽——允许控制电压变化的最大速率 （5）工作电压——振荡器工作电压和控制电压
（6）噪声——主要是相位噪声小
构成VCO的一般方法 ① LC振荡器——改变回路电抗元件值，实现频率控制 需用压控电抗元件 优点：带有选频回路，频谱较纯，相位噪声较小
② 多谐振荡器——用改变电容充放电电流大小或各级的
(VD 0)
射频通信电路
变容二极管压控振荡器典型电路举例
交流通路图
电路分析：
PNP管，电源＋5V 偏置电阻： 4.7k ,16k ,3.3k 旁路电容： 0.01 F , 0.001 F
变容二极管控制电压 VC （ 正电压）
电路特征： ① 晶体管共基组态 ② 两只二极管串联 ③ 振荡频率由四个 电抗元件共同决定
射频通信电路
石英晶体压控振荡器 交流通路图
电路原理： ① 并联型晶体振荡器——晶体呈感性
② 晶体的负载电容为： C1 // C2 // C j
③ 控制电压 v c 改变 C j ，从而改变晶体振荡器的频率
射频通信电路
晶体压控振荡器的压控特点——可调频率变化范围很小 原因：晶体呈感性的区域（ f q ~ f p ）很小 展宽频率范围方法——串联电感
简述压控振荡器的原理
简述压控振荡器的原理压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）是一种根据输入的电压信号来调整输出频率的电子设备。
它是现代电子领域中广泛应用的重要部件，被广泛用于通信系统、雷达、电视、射频和微波设备等领域。
压控振荡器的工作原理非常精妙，下面我们来生动、全面地介绍一下。
压控振荡器的工作原理是基于振荡器的自激振荡原理。
简单来说，压控振荡器通过输入的电压信号来改变其谐振回路的频率从而改变输出的频率。
在压控振荡器中，通常采用谐振回路作为振荡源，谐振回路由电感和电容构成。
当输入直流电压信号加到电容上时，会改变电容的等效电容值，从而改变谐振回路的频率。
具体来说，压控振荡器通常采用LC谐振回路或者RC谐振回路作为振荡源。
当谐振回路中的电感和电容组成的共振频率与输出频率一致时，谐振回路就会处于自激振荡状态，输出连续的高频信号。
而压控振荡器的关键是如何通过输入的电压信号来改变谐振回路的频率。
这里引入了一个关键的部件，即压控元件。
压控元件通常采用变容二极管或者压控电容二极管。
当电压信号加到变容二极管上时，将改变其电容值，进而改变谐振回路的频率。
过高的电压信号会使变容二极管的电容值变小，频率也随之增加。
而过低的电压信号则会使变容二极管的电容值变大，频率也随之减小。
除了压控元件，压控振荡器还需要一个控制电路来将输入的电压信号转化成与谐振回路频率相关的电压。
控制电路通常由运算放大器、滤波器和反馈网络组成。
运算放大器会将输入的电压信号放大并传递给谐振回路。
滤波器则起到滤除杂散信号的作用，确保输出的信号纯净。
反馈网络则用于将输出的高频信号反馈到谐振回路，维持振荡器持续振荡。
综上所述，压控振荡器的工作原理是通过压控元件和控制电路来改变谐振回路的频率，从而调整输出的频率。
压控振荡器在现代电子通信领域有着广泛的应用，例如在射频和微波通信系统中，压控振荡器常常被用作频率合成器，产生稳定、高精度的频率信号。
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。
(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。
压控振荡器实验报告
压控振荡器实验报告
本次实验是压控振荡器实验。
压控振荡器是一种能够通过改变外部电压控制输出频率
的振荡器，应用广泛，例如电子钟、电视调谐器、微波接收机等领域。
本实验旨在了解压
控振荡器的基本原理，掌握其工作方式与性能特点。
实验仪器：
1.压控振荡器电路板
2.示波器
3.万用表
4.直流电源
实验步骤：
1. 将压控振荡器电路板连接至电源，注意正确接线。
2. 将示波器接入电路中，测量输出波形频率和幅值，并记录数据。
实验结果：
当外部电压变化时，输出波形的频率会相应改变，这是因为压控振荡器中的电压控制
振荡器作用。
当外加电压增加，振荡器频率也增加。
输出波形的幅值也受电压变化的影响，当外接电压增加时，输出波形幅值增加。
更改电容和电阻值也会影响输出波形频率和幅值，此时需要重新调整电路参数以达到所需频率和幅值。
实验分析:
本次实验通过实际操作和测量，从理论上验证了压控振荡器的工作原理。
当外接电压
变化时，输出波形频率和幅值随之改变。
因此，在实际应用中，可以通过改变外部电压来
控制振荡器的频率和幅值，进而实现多种信号的产生和调节。
在更改电容和电阻值时，需要根据实际情况选择合适的值以达到所需的输出波形效果，这需要对振荡器的特性有一定的了解和掌握。
总结：
本次实验使我对压控振荡器的工作原理有了深刻的理解，同时也掌握了该器件的基本
特性和应用场景。
此外，通过实际的操作和测量，也提高了我的实验技能和实际应用能力，这对我今后的学习和工作都将有很大的帮助。
《压控振荡器设计》课件
设计软件与工具
制版软件
用于绘制电路板图，如 AutoCAD、Eagle等。
仿真软件
用于方案设计和电路仿真 ，如Multisim、SPICE等 。
调试工具
用于测试和调试电路，如 示波器、信号发生器等。
文档编写软件
用于整理技术文档，如 Microsoft Office系列软 件等。
03
压控振荡器的性能分析
性关系。
相位噪声测试结果
在100MHz偏移处，相位噪声为90dBc/Hz，表现出良好的性能。
温度稳定性测试结果
在-55℃至85℃的温度范围内，压控 振荡器的频率变化小于±2MHz，表 现出良好的温度稳定性。
06
压控振荡器的应用案例
应用场景一：无线通信系统
总结词
无线通信系统是压控振荡器最广泛的应用领域之一，用于产生和调节信号频率 。
详细描述
在无线通信系统中，压控振荡器作为关键元件，用于生成和调节信号频率。它 可以根据外部电压或控制信号的变化来改变输出信号的频率，从而实现信号的 调制和解调。
应用场景二：雷达系统
总结词
雷达系统利用压控振荡器产生高频电磁波，用于目标探测和 定位。
详细描述
雷达系统通过发射和接收高频电磁波来探测目标并确定其位 置。压控振荡器在雷达系统中作为发射信号的源，其输出信 号的频率和相位可以通过外部控制信号进行调节，以满足不 同探测需求。
优化策略
减小元件误差
选用高精度元件，减小误差对振荡器性能 的影响。
优化电路布局
合理布置元件位置，减小分布参数对振荡 器性能的影响。
调整元件参数
根据测试结果，对元件参数进行适当调整 ，优化振荡器性能。
采用负反馈技术
压控振荡器原理和设计
压控振荡器原理和设计压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）是一种电子器件，能够根据输入的电压信号调整其输出频率。
它在无线通信、合成音频、信号调制等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍压控振荡器的工作原理和设计。
一、压控振荡器的工作原理1.振荡器核心振荡器核心是一个反馈电路，由放大器和频率选择网络（通常是一个电感和电容的串联）组成。
放大器负责放大输入信号，而频率选择网络决定了输出信号的频率。
2.电源电源为振荡器提供所需的直流电压和电流。
通常，压控振荡器需要稳定的电源以确保输出信号的稳定性。
3.控制电压输入端这是压控振荡器的关键部分，它接收控制电压并调整输出频率。
输入电压可以是直流电压或交流电压，它的变化会直接影响输出频率。
当控制电压增加时，振荡器核心的频率选择网络的传输函数会发生变化，导致输出频率增加。
相反，当控制电压减小时，输出频率会减小。
二、压控振荡器的设计要点设计一个稳定、可靠的压控振荡器需要考虑以下几个要点。
1.振荡器稳定性稳定性是压控振荡器设计的核心问题。
为了保持输出信号的稳定性，需要注意以下几点：选择合适的工作电压和电流范围，使用高稳定性的电源，设计低噪声、低失真的反馈网络，减小环路增益等。
2.频率范围和调谐范围设计中需要考虑所需的频率范围和调谐范围。
频率范围是指压控振荡器能够达到的最高和最低频率，而调谐范围是指控制电压变化所能够调节的频率范围。
调谐范围通常受到频率选择网络的影响。
3.相位噪声和频率稳定性相位噪声和频率稳定性是压控振荡器设计中重要的参数。
相位噪声描述了输出信号相位的随机扰动，频率稳定性描述了输出频率的变化程度。
为了降低相位噪声和提高频率稳定性，可以采用合适的控制电压范围、优化反馈网络和选择高稳定性的元件。
4.控制电压灵敏度控制电压灵敏度是指输出频率对控制电压变化的响应程度。
要获得较高的灵敏度，可以通过调整电源电压或改变反馈网络参数。
压控振荡器实验报告
一、实验目的1. 理解压控振荡器（VCO）的基本原理和工作机制。
2. 掌握VCO的电路设计方法，包括选频网络、放大电路和反馈网络的设计。
3. 通过实验验证VCO的频率控制特性，分析其性能指标。
4. 熟悉Multisim仿真软件在电子电路设计中的应用。
二、实验原理压控振荡器是一种能够通过改变控制电压来调节振荡频率的电子电路。
它主要由放大电路、选频网络和反馈网络组成。
其中，放大电路负责将输入信号放大到足够的幅度，选频网络负责选择所需的振荡频率，反馈网络则将放大后的信号部分反馈到放大电路的输入端，以维持振荡。
三、实验仪器与材料1. Multisim仿真软件2. 实验电路板3. 万用表4. 信号发生器5. 示波器四、实验内容1. 电路设计：- 使用Multisim软件设计一个VCO电路，包括放大电路、选频网络和反馈网络。
- 放大电路选用运算放大器，选频网络采用LC振荡电路，反馈网络采用电容分压器。
2. 仿真实验：- 在Multisim中搭建VCO电路，并进行仿真实验。
- 调整电路参数，观察VCO的频率控制特性，分析其性能指标。
3. 实际实验：- 将VCO电路搭建在实验板上，进行实际实验。
- 使用信号发生器产生控制电压，观察VCO的频率变化。
- 使用示波器观察VCO的输出波形，分析其稳定性和失真情况。
五、实验结果与分析1. 仿真结果：- 通过仿真实验，验证了VCO电路的频率控制特性。
- 当控制电压变化时，VCO的振荡频率也随之变化，满足设计要求。
- 分析仿真结果，发现VCO的频率稳定性较好，但存在一定的失真。
2. 实际实验结果：- 实际实验中，VCO的频率变化与仿真结果基本一致。
- VCO的输出波形稳定，但存在一定的失真。
- 分析失真原因，可能是由于电路元件的非理想特性或实验过程中存在干扰。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了压控振荡器的基本原理和电路设计方法。
2. 了解了VCO的频率控制特性，并分析了其性能指标。
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。
实验09：压控振荡器
实验九：压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator）**一、实验目的：1.了解变容二极管的基本原理与压控振荡器的设计方法。
2.利用实验模组的实际测量使学生了解压控振荡器的特性。
3.学会使用微波软件对压控振荡器进行设计和仿真，并分析结果。
二、预习内容：1．熟悉VCO的原理的理论知识。
2．熟悉VCO的设计的有关的理论知识。
三、实验设备：四．理论分析：变容二极管理论分析：一个射频压控振荡器电路大致上与振荡器相同，唯有谐振电路稍有不同。
设计上是利用变容二极管（Varator）的电特性来完成利用电压控制振荡器输出频率的设计要求。
振荡器的基本理论与设计方法已于实验八陈述，故本实验仅就变容二极管的电特性与振荡器谐振电路的不同之处加以说明。
（一）变容二极管（Varator）的电特性常见的变容二极管可分成三类：线性缓变结（Graded Junction）、突变结（Abrupt Junction）、超突变结（Hyper Abrupt Junction）。
其间的主要差异在于个别的N型（N-type）中杂质（Donor）浓度分布曲线不同而造成其电容指数值（Characteristic Exponent，r）的不同，导致其容值-电压对数曲线图（C-V Curve）的差异。
其中线性缓变结的变容二极管以其电容变率较小而最不常被采用；而突变结具有相当高的Q值，得使VCO具有较低的相位噪声（Phase Noise）特性，且其调整电压（Tuning V oltage）的范围也比较宽，大约在0~60V之间。
至于超突变结以其较线性的电压－电容特性，可以提供比突变结更佳的调整电压线性度，故此类型的变容二极管是宽频段VCO的最佳选择。
一般应用上，可以使VCO的输出频率在变化一倍频的情况下，其调整电压变化范围可以控制在20V以下。
然而，因为此类型变容二极管的Q值较突变结为低，所以使得应用此类型变容二极管设计的VCO的相位噪声特性较突变结的高些。
压控振荡器原理和应用说明
压控振荡器原理和应用说明压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）是一种电子设备，能够根据输入的电压信号产生相应频率的输出信号。
它是现代电子通信系统中非常重要的组成部分，广泛应用于无线通信、雷达、频率合成器、音频合成器等领域。
振荡器核心一般采用谐振电路，常见的有RC振荡器、LC振荡器和晶体振荡器等。
在振荡器核心中，RC振荡器是一种简单且常见的设计，它由一个放大器和一个RC网络组成。
当输入电压增加时，RC网络的时间常数会改变，从而导致振荡器的频率发生变化。
控制电路主要实现输入电压和振荡器频率之间的映射关系。
一般来说，输入电压和振荡器频率呈线性关系，即输入电压越高，振荡器的频率越高。
控制电路通常由比较器、放大器和滤波器等组成，用于将输入电压转换为振荡器核心所需的电压信号。
输出电路用于将振荡器核心产生的高频信号转换为可用的输出信号。
输出电路一般包括放大器、滤波器和限幅器等，根据具体应用需求进行设计。
压控振荡器有广泛的应用。
首先，它可以用于频率合成器中，通过调节输入电压可以实现不同频率的输出信号，用于调制解调器、无线电系统等。
其次，压控振荡器在无线通信系统中扮演重要角色，用于产生载波信号、调制信号等。
此外，压控振荡器还可以用于雷达系统中，用于产生雷达信号和控制雷达的工作频率。
另外，压控振荡器还可以用于音频频率合成器中，用于音频合成和音乐合成等。
总结来说，压控振荡器是一种根据输入电压产生相应频率的输出信号的电子设备。
它的工作原理是通过调节输入电压来改变振荡器的频率。
压控振荡器在无线通信、雷达、频率合成器和音频合成器等领域有着广泛的应用。
压控振荡器的设计与仿真
压控振荡器的设计与仿真压控振荡器的基本原理是利用正反馈放大电路的特性，在一定的条件下生成连续的输出信号。
其基本组成包括振荡回路和控制电路两部分。
振荡回路是指由晶体管、电容和电感组成的谐振回路，它负责在特定频率下产生正弦波信号。
控制电路则是通过调节输入的直流电压来改变振荡回路的共振频率，从而实现频率调节的功能。
1.确定振荡器的应用频率范围：根据具体的应用需求，确定压控振荡器的工作频率范围。
这将决定振荡回路中电容和电感的选取范围。
2.选择合适的振荡器类型：根据工作频率的要求，选择合适的振荡器类型。
常见的振荡器类型包括晶体振荡器、LC振荡器和微带振荡器等。
不同类型的振荡器有各自的特点和适用范围。
3.设计振荡回路：根据选择的振荡器类型和工作频率，设计振荡回路。
根据谐振回路的特性，选择合适的电容和电感数值，并进行连接。
还需要考虑振荡回路的阻抗匹配问题，以提高输出功率和频率稳定性。
4.设计控制电路：根据实际需求，设计控制输入的直流电压范围和调节灵敏度。
可以根据具体应用选择电阻、电容和二极管等元件，实现控制电路的功能。
5.进行仿真分析：使用电子设计自动化软件，如ADS、CST等，进行压控振荡器的仿真分析。
可以通过改变输入电压和参数数值，观察输出信号的频率和幅度变化，以验证设计的正确性和性能指标。
通过上述步骤，可以完成压控振荡器的设计和仿真。
在实际应用中，还需要考虑诸如温度变化、供电电压波动等因素对振荡器性能的影响，并进行相应的优化和调整。
同时，还需要进行布线和元器件选取等工作，最终完成硬件电路的搭建和调试。
最后，需要指出的是，压控振荡器的设计与仿真是一个复杂的过程，需要具备相关的电子电路设计和仿真分析的知识。
同时，由于不同应用领域对振荡器性能的要求各异，设计过程中还需要详细考虑实际需求和性能指标。
因此，建议在设计前进行充分的调研和学习，以确保设计的可行性和有效性。
压控振荡器设计要求
压控振荡器设计要求压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)是一种电子设备，用于产生特定频率的振荡信号。
它由振荡电路和电压控制电路组成，通过控制输入电压的大小来调节振荡频率。
压控振荡器广泛应用于通信系统、无线电、雷达、测量设备等领域。
1.频率范围和稳定性：压控振荡器的频率范围取决于应用需求，不同领域的应用有不同的要求。
例如，无线电通信系统常用的频率范围是几百兆赫兹至几千兆赫兹，而雷达系统的频率范围可能更高。
此外，振荡器的频率稳定性也是非常重要的，它与振荡器的质量因数和环境条件等因素有关。
2.相位噪声：相位噪声是压控振荡器的重要性能指标之一、它与振荡器输出信号的相位偏移和频率偏移有关。
相位噪声对于无线通信系统和雷达等应用非常关键，因为它直接影响到系统的信号质量和数据传输速率。
3.频率调谐范围：压控振荡器的频率调谐范围是指通过改变输入电压来调节振荡器频率的范围。
频率调谐范围越大，振荡器的应用范围就越广。
通常，频率调谐范围与振荡器的设计和实现方式有关。
4.输出功率：压控振荡器的输出功率是指振荡器输出信号的功率级别。
输出功率与应用需求相关，不同应用场景需要不同的功率级别。
对于通信系统而言，输出功率越高，传输距离越远。
5.频率响应：压控振荡器的频率响应是指振荡器输出频率随输入电压变化的程度。
频率响应的线性度越好，压控振荡器的性能表现越好。
线性度差的振荡器容易产生非线性失真，导致信号质量下降。
6.直流电压和功耗：压控振荡器工作所需的直流电压和功耗取决于应用需求和设计要求。
低功耗和低电源电压的振荡器在移动设备和无线传感器网络等领域应用广泛。
7.尺寸和集成度：在现代电子设备中，尺寸和集成度是非常关键的设计要求。
振荡器的尺寸越小，集成度越高，可以更好地适应小型化和集成化的电子设备。
综上所述，压控振荡器的设计要求包括频率范围和稳定性、相位噪声、频率调谐范围、输出功率、频率响应、直流电压和功耗以及尺寸和集成度等方面。
压控振荡器特性实验报告
压控振荡器特性实验报告本报告主要描述了压控振荡器（PLL）的基本原理，其特性的实验研究，以及如何调整参数来优化振荡器的响应。
PLL是一种现代信号处理技术，其主要用途是同步时钟和信号，它可以有效地抑制外部脉冲和抑制空间抖动。
本文基于波形实验来研究压控振荡器的特性和参数对振荡器响应的影响，以及如何优化振荡器的性能。
一、压控振荡器的基本原理压控振荡器（PLL）是一种特殊的锁定振荡器，它可以提供一种电力信号来同步另一个信号的频率，从而实现直接的时钟同步和循环控制。
由积分器、相位关联器、比较器和旋转滤波器等部件组成。
基本原理是：通过积分器从参考信号产生一个频率和相位接近参考信号的跟踪信号，比较器将参考信号与跟踪信号相比较，检测出相位差和频率差，将处理后的信号作为控制信号输入控制执行器，使其输出控制电压，控制振荡器的调谐，有效地实现了振荡器的锁定。
二、实验设置实验中，使用一个基于特斯拉耦合器集成电路来实现压控振荡器，其电路模型如图1所示，由Vdd、空间变压器（T2）、旋转滤波器（T3）、参考振荡器R1、比较器（T4）、积分器（T1）和控制执行器（T5）组成。
信号源将宽带噪声和视频信号（脉冲讯号）输入到积分器的输入端，积分器将此信号放大并输出到比较器，比较器负责比较参考信号和检测信号的相位差，然后将处理后的信号作为控制信号输入控制执行器，控制执行器控制旋转滤波器和控制电压，从而实现对振荡器的调谐。
三、实验结果（1）抑制外部脉冲和空间抖动在实验中，采用外部脉冲讯号作为参考信号，采用宽带噪声信号作为检测信号，用于测试PLL系统抑制外部脉冲和空间抖动的能力。
从实验结果可以看出，在控制电压范围内，随着控制电压的增大，空间抖动的幅度随之减少。
说明压控振荡器能有效地抑制外部脉冲和空间抖动，从而提高系统性能。
（2）响应特性为了观察压控振荡器的响应特性，首先采用正弦波讯号作为参考信号，将其频率调节至频率范围内，在不同的控制电压下，采用oscilloscope来观察振荡信号的相位和频率。
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(Voltag e Contro lledOscill ator)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3.15.2所示：C3-15-2设t=0,Uc=0,Uo 1=+Uz,则Uo=-Uc=0,运放A1的同相端对地电压为：U+’=212211R R R U R R R U o z +++此时，Uo1通过R 向C 恒流充电，Uc 线性上升，U o 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3.7.2中t=t1时的波形。
根据式3.7.1可知，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A1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，U c 线性下降，Uo 线性上升,则U+’也上升。
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压控振荡器
一.基本原理
信号的频率取决于输入信号电压的大小，因此称为“压控振荡器”。
其它影响压控振荡器输出信号的参数还VCO（Voltage ControlledOscillator）（压控振荡器）是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备，它的工作原理可以通过公式（5-1）来描述。
(5-1）
其中，u(t)表示输入信号，y(t)表示输出信号。
由于输入信号的频率取决与输入信号的电压的变化，因此称为“压控振荡器”。
其他影响压控振荡器输出信号
的参数还有信号的幅度A
c ，振荡频率f
c
，输入信号灵敏度k
c
，以及初始相位。
压控振荡器的特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。
图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。
使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。
在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。
压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC 压控振荡器居二者之间。
在MATLAB中压控振荡器有两种：离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器，这两种压控振荡器的差别在于，前者对输入信号采用离散方式进行积分，而后者则采用连续积分。
本书主要讨论连续时间压控振荡器。
为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系，对公式（5-1）进行变换，取输出信号的相角Δ为
对输出信号的相角Δ求微分，得到输出信号的角频率ω和频率f分别为：
ω=2πf c+2πk c u(t) (5-3）
(5-4）
从式(5-4)中可以清楚地看到，压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅度u(t)成正比。
当输入信号u(t)等于0时，输出信号的频率f等于f c；当输入信号u(t)大于0时，输出信号的频率f高于f c；当输入信号u(t)小于0时，输出信号的频率f低于f c。
这样，通过改变输入信号的幅度大小就可以准确地控制输出信号的频率。
二.程序及结果分析
定义一个锯齿波信号，频率是20HZ，幅度范围在0V和1V之间。
现在用此信号
=20HZ,输入信号作为压控振荡器的输入控制信号，该压控振荡器的振荡频率f
c
灵敏度，初始相位。
使用MATLAB求得输出的压控振荡信号。
MATLAB 程序如下：
%MATLAB实现压控振荡器
clear all;
clc;
t0=0.15;%定义压控信号持续时间
ts=0.0001;%定义信号采样率
fc=50;%定义振荡频率
t=[0:ts:t0];%时间矢量
u0=20*t(1:length(t)/3);%定义压控信号（单周期）
u=[u0,u0,u0,0];%定义压控信号（3个周期）
Ac=1;%定义振幅
kc=0.1;%定义输入信号灵敏度
fi=0;%定义初始相位
%对压控信号进行积分
u_int(1)=0;%定义压控信号积分初值
for i=1:length(u)-1%进行离散积分
u_int(i+1)=u(i)+u_int(i);
end
%压控振荡信号
y=Ac*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kc*u_int+fi);
%作图
subplot(2,1,1)%显示压控信号
plot(t,u)
axis([0t0-1.51.5])
title('控制信号')
subplot(2,1,2)%显示振荡信号
plot(t,y)
axis([0t0-1.51.5])
title('压控振荡信号')
设计结果如下所示：
三．模块及结果分析
定义一个锯齿波信号，频率是20HZ，幅度范围在0V和1V之间。
现在用此信号作为压控振荡器的输入控制信号，该压控振荡器的振荡频率f
=20HZ,输入信号
c
灵敏度，初始相位。
使用MATLAB求得输出的压控振荡信号。
总体框图设计结果如下：
RepeatingSequence（重复序列）模块：产生锯齿波信号。
该模块输出一个预先确定波形的标量信号，使用模块的Timevalues（时间值）和Outputvalues（输出值）这两个参数，便可得到任意的锯齿波波形。
RepeatingSequence（重复序列）模块的主要参数
参数名称参数值
Time values（时间值）[00.05]
Output values（输出值）[01]
压控振荡器：完成从直流电能到交流电能的转化。
其使用了变容二极管的LC谐振回路。
变容二极管的电容随着加在二极管上的直流控制电压变化而变化，改变直流控制电压就改变了变容二极管的电容，也就改变了谐振回路的振荡频率。
VCO（压控振荡器）模块的主要参数
参数名称参数值
Output amplitude(输出信号幅度)1
Oscillation frequency（振荡频率）20
Input sensitivity（输入信号灵敏度）0.1
Initial phase(rad)（初始相位）0
频谱仪：零阶采样和保持器：把前一采样时刻的采样值不增不减地保持到下一个采样时刻。
它的输出信号是阶梯形的，包含着高次谐波，与要恢复的连续信号是有区别的。
若将阶梯形输出信号的各中点连接起来，就可以得到一条比连续信号滞后T/2的曲线，这反映了零阶保持器的滞后特性。
它的幅值随角频率ω的增大而衰减，具有明显的低通滤波特性。
但除了主频谱外，还存在一些高频分量。
因此，其对应的连续信号与原来的信号是有差别的。
此外，采用零阶保持器还将产生相角迟后现象，这将降低系统的相对稳定性。
频谱仪：通过快速傅立叶变换把光依波长散开以形成光谱的仪器。
示波器：把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。
示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。
在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。
利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
四，总设计分析
该设计是为了实现压控振荡器的基本性能，其设计结果如图所示：
MATLAB程序运行结果
模块实际运行结果
对照程序和模块结果，可以发现在MATLAB中无论程序或模块都能实现压控振荡器基本性能的实现。