VCO压控振荡器
ring vco的结构
ring vco的结构【实用版】目录1.引言2.Ring VCO 的结构概述3.Ring VCO 的关键组成部分4.Ring VCO 的结构优缺点5.结论正文1.引言Ring VCO（电压控制振荡器）是一种广泛应用于通信、广播和导航领域的高频振荡器。
它的稳定性、可靠性和精确度对于信号传输的质量和精度至关重要。
本文将对 Ring VCO 的结构进行详细解析。
2.Ring VCO 的结构概述Ring VCO 的结构主要包括一个反馈环和一个振荡器。
反馈环由一个谐振器和一个相位检测器组成，用于产生一个控制电压。
这个控制电压可以调整振荡器的频率，从而实现对输出信号的频率控制。
3.Ring VCO 的关键组成部分（1）谐振器：谐振器通常是一个 LC 谐振回路，它可以在特定的频率下产生谐振。
（2）相位检测器：相位检测器用于检测输入信号和反馈信号之间的相位差，并产生一个控制电压。
（3）振荡器：振荡器是 Ring VCO 的核心部分，它可以产生一个高频信号。
这个信号的频率可以通过控制电压进行调整。
4.Ring VCO 的结构优缺点优点：（1）频率稳定性好：Ring VCO 的频率稳定性主要取决于其谐振器的稳定性，可以通过优化谐振器的参数来提高频率稳定性。
（2）输出信号质量高：Ring VCO 的输出信号具有较高的精度和稳定性，可以满足通信、广播和导航等领域对信号质量的要求。
（3）结构简单：Ring VCO 的结构相对简单，易于实现和维护。
缺点：（1）对元器件参数敏感：Ring VCO 的性能受到元器件参数的影响较大，需要对元器件进行精确选型和调试。
（2）功耗较高：Ring VCO 的功耗相对较高，对于低功耗应用场景可能不太适用。
5.结论Ring VCO 是一种具有优越性能的高频振荡器，广泛应用于通信、广播和导航等领域。
通过优化其谐振器参数，可以提高其频率稳定性。
然而，Ring VCO 的功耗相对较高，对于低功耗应用场景可能不太适用。
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。
电路如图所示：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 见土中t=t 1时的波形。
根据式可知，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。
lc-vco 中的电容开关阵列
lc-vco 中的电容开关阵列
LC-VCO中的电容开关阵列是指电容在VCO（Voltage-
Controlled Oscillator，电压控制振荡器）电路中的应用。
VCO是
一种能够产生频率随输入电压变化的振荡器，而电容开关阵列则是
用来调节VCO的频率范围和分辨率的重要部分。
电容开关阵列通常由多个电容和开关组成，这些开关可以根据
控制信号的输入来改变电容的连接方式，从而改变VCO的频率特性。
通过控制电容开关阵列，可以实现对VCO频率范围的调节和分辨率
的优化，从而满足不同应用对频率稳定性和调节范围的要求。
在LC-VCO中，电容开关阵列的设计和优化对于振荡器的性能至
关重要。
通过合理的电容开关阵列设计，可以实现较大的频率调节
范围和较高的频率分辨率，同时保持振荡器的稳定性和低相噪特性。
此外，电容开关阵列的布局和控制电路的设计也会对VCO的性能产
生影响，因此需要综合考虑电路布局、控制逻辑和电容开关的匹配
等因素。
总的来说，电容开关阵列在LC-VCO中起着至关重要的作用，它
通过对电容的连接方式进行动态调节，实现了对VCO频率特性的优
化和调节，是VCO电路中不可或缺的部分。
在实际应用中，工程师需要综合考虑电容开关阵列的设计、控制电路和布局等因素，以实现VCO电路的性能要求。
VCO仿真的方法
CMOS环形压控振荡器的设计摘要压控振荡器（VCO）是一个输出振荡频率由电压控制的电子振荡器。
当调制信号发生变化时，其会影响VCO的频率和相位的变化，及实现调频和调相。
VCO和数字脉冲相似，他们均可以进行频移键控调制、相移键控调制和脉冲宽度调制。
对于高频VCO来说，其主要是通过变容二极管连接到谐振电路来控制其输出频率；多出现在LC振荡器中。
而在低频情况下是通过另一种方法来控制（如电压控制电流源从而来改变电容的充放电时间）。
多用于CMOS振荡器，这也是本次研究所采用的方法。
VCO是现代无线通信射频系统中的一个关键部件，它主要用于提供本地振荡信号、频率合成。
同时被广泛应用于通信电路中，例如锁相环、频率综合器，以及时钟产生和环形振荡器。
随着深亚微米CMOS工艺的不断发展,CMOS工艺被广泛应用于射频集成电路(RFIC)的设计中。
核心部件的射频低功耗低噪声的VCO成为整个PLL电路的研究热点。
环形压控振荡器(VCO)在基于CMOS工艺的射频电路中，以其低功耗、面积小、易于集成等优点扮演着重要角色。
本课题的研究内容主要是设计一种基于CMOS工艺的低抖动的环形压控振荡器。
通过改变其器件的参数，从而实现如下技术指标：频率变化范围为1000—1200MHz；压控增益为180MHz/V。
计算出相关的系统参数和指标，并完成各个子模块的时域和频域分析。
关键词：环形压控振荡器延迟单元频率调谐相位噪声抖动Design of CMOS Voltage-Controlled OscillatorABSTRACTA voltage-controlled oscillator or VCO is an electronic oscillator designed to be controlled in oscillation frequency by a voltage input. The frequency of oscillation is varied by the applied DC voltage, while modulating signals may also be fed into the VCO to cause frequency modulation (FM) or phase modulation (PM); a VCO with digital pulse output may similarly have its repetition rate (FSK, PSK) or pulse width modulated (PWM).For high-frequency VCOs the voltage-controlled element is commonly a varicap diode connected as part of an LC tank circuit. It always appears in the LC oscillator. For low-frequency VCOs, other methods of varying the frequency (such as altering the charging rate of a capacitor by means of a voltage controlled current source) are used. And this is usually used in the CMOS oscillator. This is also the method of this study.VCO is a key component of modern wireless communication in RF system, it is mainly used to provide the local signal and the frequency synthesizer. And it usually is used in communication circuits, such as phase-locked loop frequency synthesizers, and clock generation and ring oscillator. With the continuous development of deep sub-micron CMOS technology, CMOS technology has been widely used in radio frequency integrated circuit (RFIC) design. A core component of the RF low-power low-noise VCO of the PLL circuit is hot. Ring voltage-controlled oscillator (VCO) play an important role in the RF circuit of the CMOS process, with its low power consumption, small size, ease of integration advantages.The content of this subject is to design a low-jitter ring voltage controlled oscillator based on CMOS technology. This oscillator, in order to achieve the following technical indicators frequency range of 1000-1200MHz, voltage-controlled gain of 180MHz / V by changing the parameters of the device. Calculate the system parameters and indicators, and the completion of each sub-module time-domain and frequency domain analysis.Key Words: VCO Delay Cell Frequency-Tuning Phase Noise Jitter目录第一章绪论 (1)1.1课题意义 (1)1.2课题的国内外发展状况 (1)1.3课题的研究内容 (2)1.3.1研究方法 (2)1.3.2研究步骤 (2)1.3.3工具简介 (2)第二章VCO的原理 (4)2.1VCO的振荡条件 (4)2.2VCO延迟单元电路的介绍 (7)2.3 VCO频率调谐 (8)2.3.1频率调谐的原理 (9)2.3.2频率调谐的方法 (10)2.4VCO的主要性能指标 (14)2.4.1VCO的噪声种类 (14)2.4.2VCO的主要参数 (15)第三章CMOS环形VCO电路结构及原理 (17)3.1传统单端反相器VCO的结构 (17)3.2电流饥饿型VCO的结构 (18)3.3低抖动VCO的结构 (19)3.3.1电路的结构原理 (19)3.3.2电路的特点 (20)第四章低抖动CMOS环形VCO电路特性的仿真 (22)4.1电压频率特性的描述及仿真 (22)4.1.1输出频率的影响因素 (22)4.1.2输出频率及压控增益的仿真结果及分析 (27)4.2相位噪声的仿真结果及分析 (32)4.3版图的设计 (34)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)天津理工大学2012届本科毕业设计说明书第一章绪论1.1课题意义压控振荡器是高性能数字系统的关键模块。
ring vco的结构
ring vco的结构【引言】随着电子技术的不断发展，各种振荡器应运而生。
其中，RING VCO（环形电压控制振荡器）凭借其优异的性能在电子领域受到了广泛关注。
本文将详细介绍RING VCO的结构、原理与应用，并与其他振荡器进行比较，以帮助大家更好地理解和使用这一重要元件。
【RING VCO的结构概述】RING VCO，即环形电压控制振荡器，是一种基于环形振荡电路的电压控制振荡器。
它的核心部分是一个环形谐振器，由多个晶体管、电容和电阻组成。
环形谐振器的输入端连接到一个电压控制模块，该模块通过调整控制电压来改变谐振器的频率。
【RING VCO的原理与应用】RING VCO的工作原理是通过电压控制模块调整晶体管的电流，从而改变谐振器的谐振频率。
当控制电压发生变化时，晶体管的电流也随之变化，进而导致谐振器的频率发生变化。
这种结构使得RING VCO具有很好的频率控制性能和线性度。
在实际应用中，RING VCO广泛应用于通信、广播、导航等领域。
例如，在无线通信系统中，RING VCO可以作为本地振荡器，为载波发生器提供稳定的频率信号。
此外，RING VCO还适用于频率合成、频率division、相位锁定等场景。
【与其他振荡器的比较】与其他类型的振荡器相比，RING VCO具有以下优势：1.线性度好：RING VCO的频率与控制电压之间具有较好的线性关系，有利于实现精确的频率控制。
2.频率稳定性高：由于采用了环形谐振器，RING VCO具有较高的谐振稳定性，抗干扰能力强。
3.输出功率高：RING VCO的输出功率较高，有利于减少信号传输过程中的损耗。
4.体积小、重量轻：与其他振荡器相比，RING VCO具有较小的体积和重量，有利于电子设备的集成和轻量化。
【总结】RING VCO作为一种重要的振荡器，凭借其优异的性能在电子领域得到了广泛的应用。
了解其结构、原理和应用，有助于我们更好地选择和使用合适的振荡器，为各类电子设备提供稳定的频率信号。
VCO压控振荡器实验报告
VCO压控振荡器实验报告目录章节设计要求及方案选择 (2)框内电路设计（EWB仿真） (5)总电路叙述 (10)器件表 (12)总电路图 (13)问题及修改方案 (13)体会 (14)参考书目及文献资料 (17)附录：总电路图 (17)设计要求及方案选择1．设计内容V/F转换（VCO压控振荡器）2. 设计要求输入0—10V电压，输出0—20KHz脉冲波（或者0—10KHz 对称方波）。
绝对误差在正负30Hz以内。
3. 设计方案（1）RC压控振荡器（2）双D触发器式的VCO电路图片来源CIC中国IC网如图所示为双D触发器式的VCO。
电路输出一个占空比50％的方波信号，而消耗的电流却很小。
当输入电压为5～12V 时，输出频率范围从20～70kHz。
首先假设IC-A的初始状态是Q=低电平。
此时VDl被关断，Vi通过Rl向Cl充电。
当Cl 上的电压达到一定电平时，IC-A被强制翻转，其Q输出端变成高电平，Cl通过VDl放电。
同时，IC-A的CL输入端也将变成低电平，强制IC-A再翻回到Q=低电平。
由于R2和C2的延时作用，保证了在IC-A返回到Q为低电平以前，把Cl的电放掉。
IC-A输出的窄脉冲电流触发IC-B，产生一个占空比为50％的输出脉冲信号。
（3）具有三角波和方波输出的压控振荡器图片来源CIC中国IC网如图所示为具有三角波和方波输出的压控振荡电路。
该电路是一个受控制电压控制的振荡器。
它具有很好的稳定性和极好的线性，并且有较宽的频率范围。
电路有两个输出端，一个是方波输出端，另一个为三角波输出端。
图中，A1为倒相器，A2为积分器，A3为比较器。
场效应管Q1用来变换积分方向。
比较器的基准电压是由稳压二极管D1、D2提供，积分器的输出和基准电压进行比较产生方波输出。
电阻R5、R6用来降低Q1的漏极电压，以保证大输入信号时Q1能完全截止。
电阻R7、R8和二极管D3、D4是为了防止A3发生阻塞。
按图中所标元件数值，电源电压用+15V，则变换系数为1kHz ／V。
CMOS压控振荡器的相位噪声分析与优化技术研究
CMOS压控振荡器的相位噪声分析与优化技术研究CMOS压控振荡器的相位噪声分析与优化技术研究摘要：相位噪声是CMOS压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）设计过程中需要重点考虑的因素之一。
本文针对CMOS压控振荡器的相位噪声进行了深入的分析与研究，并提出了一些优化技术，旨在提高VCO的性能和稳定性。
一、引言CMOS VCO在现代通信和射频电路中具有广泛的应用。
然而，由于器件本身的非线性特性和环境干扰等因素，CMOS VCO常常面临相位噪声问题。
相位噪声会引起信号质量下降、频谱扩展等问题，因此必须进行深入的分析和研究。
二、相位噪声分析相位噪声主要由两个部分组成：1)本振频率偏移所产生的相位噪声，2)本振频率的起伏所产生的相位噪声。
其中，频率偏移是由于振荡器内部非线性特性和环境干扰等原因引起的，而频率起伏则是由于CMOS工艺中的电源噪声和电压不稳定性等因素导致的。
为了准确评估CMOS VCO的相位噪声性能，可以使用较为精确的方法，如相位噪声密度（phase noise density）和相位噪声功率谱密度（phase noise power spectral density）来描述。
通过对VCO的噪声源建模以及相位噪声功率谱密度的计算，可以分析噪声的来源和功率谱特性。
三、相位噪声优化技术研究1)降低振荡功耗。
振荡器功耗对相位噪声性能有很大影响，因此可以通过改进电源管理技术和优化电路结构来降低功耗，从而减小相位噪声。
2)优化电源噪声滤波器。
电源噪声是相位噪声的一个主要源头，通过设计合理的电源噪声滤波器可以减小电源噪声的传导和波及范围。
3)减小晶体振荡器（crystal oscillator）的载波噪声。
晶体振荡器作为VCO的参考频率源，其载波噪声也会对VCO的相位噪声性能产生影响。
因此，可以选择合适的晶体振荡器，或采用频率锁定环（PLL）等技术来减小载波噪声。
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。
VCO如何工作的
压控振荡器（VCO）工作原理压控振荡器实际上是怎么工作的呢？如果你曾经学过电气工程的话，无疑你也曾碰见过所谓“自然”的振荡器电路，好比Hartley或Colpitt s振荡器。
这些电路一般是靠电感和电容的组合而得到的固有谐振来产生振动的，或者是靠包含能在给定频率上进行机械或电气谐振的元件（例如，晶体振荡器）来产生振动的。
它们“想”以小提琴琴弦一样的方式在给定的频率上进行振动－－在小提琴中，以几乎任何形式馈入系统中的少量能量产生了振动。
当然，如果你正在给一个合成器设计一个VCO，你完全可以忘记上面那些东西。
因为固有谐振电路不用来设计合成器VCO。
这么做有两个主要原因。
第一，类似Hartl e y振荡器这类电路原本就是用来当作R F振荡器的，即工作在远大于音频范围的频率中。
使原本被设计运行在百万赫兹（106Hz=1GHz）范围的一个RF振荡器现在要运行在，比方说500H z 范围附近，需要巨大的电感和电容，可以想见最终的电路不会很稳定。
第二个理由是很难做到将这些电路的电压控制在一个很大的频率范围内。
一个事实是，经常使用一种叫变容二极管（varacto r）的元件来设计R F VCO，变容二极管基本上就是压控的电容器。
然而，基础物理学限定了变容二极管的使用范围，因此最终电路经常仅能覆盖大概一个倍頻程（octave）范围。
对于RF使用来说，这大抵就足够了（例如，考虑到FM广播的频带跨距仅仅只有1/5倍頻程），所以也没人试图去进一步改善这些电路。
但是人的听觉范围大约是10个倍頻程，因此人们希望任何合理的合成器VCO其操作范围至少应有5个倍頻程，以达到音乐方面的有效性。
因此从1960年代早期的M oog和Bu chia开始，合成器电路设计者们很早就转向了不依赖自然谐振，而依赖于对数学函数（这些函数可根据控制电压而成比例地增减）的模拟实现的所谓“人工”振荡器电路上。
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。
最新实验一压控振荡器VCO的设计PPT课件
输出Spectrum的图形，可以看到m3和m4之间 的频谱分量，加入“marker”m5就可以知道振 荡器大概振荡的频率，如下图：
结果分析
从波形可以看到，振荡器已经很稳定地 振荡起来了，并且有一定的振荡时间， 从抽出两点m3，m4的数据可以看出，该 振荡波形是相当稳定的，幅度差可以不 必考虑，频谱纯度也较高，对m3和m4这 段时域进行fs变换，可以看到振荡器振荡 频率的频谱，从m5标记的数值可以看出， 该振荡器的振荡频率为1.850GHz，与设 计的指标1.8GHz有差距，需要进行调整。
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来自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。
如上面的做法一个，建 立如右图所示的电路图， 其中“Term”、“SPARAMETE”、 “PARAMETER SWEEP” 都可以在“Simulation－ S_Param”里面找到。变 容管的型号是“MV1404” 可以在器件库里面找到， 方法可以参考上面查找 晶体管的方法。
按VAR键并双击它，修改里面的项目，定义一 个名为：“Vbias”的变量，设置Vbias＝5V作为 Vbias的初始值。
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。
基于pll的vco电路
基于pll的vco电路
基于PLL的VCO电路是一种常见的电路设计，其中PLL代表锁相环（Phase-Locked Loop），VCO代表电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator）。
PLL是一种反馈控制系统，用于调节输出信号与参考信号之间的相位和频率关系。
它通常由以下几个主要组件构成：
1. 相位比较器（Phase Comparator）：用于比较输出信号与参考信号之间的相位差，并产生误差信号。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：用于滤除误差信号中的高频成分，得到一个平滑的控制电压。
3. 电压控制振荡器（VCO）：根据输入的控制电压来产生输出的振荡信号。
VCO的频率通常是与输入的控制电压成正比的。
4. 分频器（Divider）：将VCO的输出信号进行分频，以得到一个与参考信号频率相匹配的信号。
在基于PLL的VCO电路中，VCO起着关键的作用，它的输出频率受到控制电压的调节。
通过调节控制电压，可以实现对VCO输出频率的精确控制。
VCO的设计需要考虑很多因素，例如频率范围、线性度、相位噪声、功耗等。
常见的VCO设计包括LC振荡器、压控晶体振荡器（VCXO）、压控振荡器阵列（VCO Array）等。
总结来说，基于PLL的VCO电路是一种利用锁相环技术实现频率精确调节的电路设计，其中VCO作为核心部件根据输入的控制电压产
生输出的振荡信号。
它在许多应用中被广泛使用，例如通信系统、时钟生成电路、频率合成等领域。
PLLVCO技术经验总结
PLLVCO技术经验总结PLL VCO(Voltage-Controlled Oscillator)是一种电压控制振荡器，广泛应用于通信系统、雷达系统和测试测量设备等领域。
在实际应用中，我积累了一些PLL VCO技术的经验，并在下面进行总结。
首先，选择合适的VCO架构是至关重要的。
常见的VCO架构有MOS VCO、Colpitts VCO和Ring VCO等。
MOS VCO受到噪声和非线性的限制，适用于低频和中频范围；Colpitts VCO经常用于高频范围，可以实现较高的频率稳定度和相位噪声；Ring VCO在高频范围也有较好的表现。
因此，在选择合适的VCO架构时，要根据具体的应用需求和性能指标进行选择。
其次，稳定性分析和参数优化是提高PLLVCO性能的关键。
PLLVCO的频率稳定度、相位噪声和抑制振荡频率的能力等都与参数设置密切相关。
稳定性分析可以通过建立数学模型和仿真模拟等方法进行。
在进行参数优化时，可以根据设计目标和限制条件，采用试错法或优化算法进行参数调整，以获得最佳性能。
另外，电源噪声和振荡器电源供电是影响PLLVCO性能的重要因素。
电源噪声会直接影响振荡器的相位噪声指标，因此，在设计中应尽量减小电源噪声的传递路径。
同时，振荡器的电源供电质量也要注意保证，如采用稳压器或者滤波电路来提高供电质量，以减少振荡器的抖动和波动。
此外，温度对PLLVCO性能的影响也是需要考虑的。
因为温度会改变组件的特性参数，特别是对于集成电路来说，温度对振荡器频率的稳定性影响较大。
因此，在设计中要考虑温度补偿电路和温度传感器等，以保证振荡器在不同温度下能够稳定工作。
最后，为了获得更好的性能，还可以采取一些增强措施。
例如，引入频率调制技术可以提高PLLVCO的频率调谐范围和线性度；使用电流源线性化技术可以减小VCO的非线性失真；利用自适应控制算法可以提高PLLVCO的抗噪性能等。
总之，PLLVCO技术经验总结包括选择合适的VCO架构、稳定性分析和参数优化、电源噪声和供电优化、温度补偿和增强措施等方面。
基于标准CMOS工艺压控振荡器(VCO)设计
基于标准CMOS工艺压控振荡器(VCO)设计作者：南志坚刘鸿旗来源：《科技资讯》 2014年第2期南志坚1 刘鸿旗2（1、内蒙古阿拉善太西煤集团股份有限公司内蒙古阿拉善 750306 2、内蒙古阿拉善左旗科学技术协会内蒙古阿拉善 750306）摘要：近年来随着无线通信系统的迅猛发展和CMOS工艺的不断进步，对CMOS 无线射频收发机要求越来越高。
低成本、小型化、宽频带、低噪声、更高的工作频段是未来射频收发机设计所要努力的方向。
压控振荡器(voltage-controlled oscillator, VCO)作为频率综合器的关键组成部分，对频率综合器的频率覆盖范围、相位噪声、功耗等重要性能都有直接影响，文章经过对VCO性能参数的分析，介绍了一些压控振荡器性能优化方法。
关键词：振荡器、施密特触发器、环形振荡器、CSA中图分类号：TD61 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2014)01(a)-0000-00一、引言压控振荡器(voltage-controlled oscillator, VCO)是一种以电压输入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。
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。
尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，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。
二、压控振荡器(VCO)原理2.1 概述压控振荡器是在振荡器的基础上引入控制端，实现电压控制振荡频率的功能。
振荡器是通过自激方式把直流电能变换为交流电能的一种电子线路。
构成VCO的第一步，是实现一个振荡器，然后添加一个中间级使输入电压可以控制振荡频率（但在有些情况，控制信号可能为电流）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
2.2 压控振荡器基本架构和原理压控振荡器主要有环形振荡器和负阻型振荡器两种结构，环形振荡器具有线性度好,功耗小,成本低,易于集成,调节范围宽,结构简单易于实现等优点，因此在时钟类型的应用和低中频通信系统中得到了广泛的应用。
vco压控振荡器
All rights reserved. HSPICE, SYNOPSYS.In this document, you will see the circuit construction of a “voltagecontrolled oscillator” and how different key parameters are simulated with HSPICE RF.VCOVoltage controlled oscillator (VCO) is widely used in wireless communication systems, such as frequency synthesizer. A high performance VCO should be carefully considered from a lot of aspects. HSPICERF provides powerful tools, which take care of every characteristics of VCO and make complicated design easy to implement.Below is the circuit schematic that we will discuss in this document:Figure 1. VCO schematicIn this part, a vco is designed to oscillate at 1.6v.1.Oscillator Simulation – Steady-State Signal SimulationIn this figure, M4~M7 are parallel connected PMOS, which are used as varactors for frequency tuning purpose; M1~M3 offers negative conductance to fulfill the oscillating pre-condition; R0 and R1 is used to represent the parasitic resistance of L0 and L1; m_mult is a parameter, which is defined as the parallel connected PMOSsnumber. By tuning the m_mult value, we can get a frequency value that more close to 1.6GHz.In order to achieve a proper m_mult, we can use sn sweep function. Here, Synospsys SIMIF is used to setup new analysis and generate netlist. The setting is shown below.This setting will insert a command as.sn tone=1.6g nharms=10 trinit=100n oscnode=out1 SWEEP m_mult LIN 10 500 560into netlist.Several ways can be used to stimulate an oscillator∙Using IC on an inductor∙Using a PWL source to inject a pulse or ramp VDD.∙Using UIC option in the analysis command.Here, we use the first method.Add a probe command in an include file (inc1.spi) as.probe snfd param=Hertz[1]The sn result will beSo, we can set m_mult=518 as the number that we will use later.2.PhasenoiseAs other analog circuits, oscillators are susceptible to noise. In noisy environment, output signal will change in amplitude and period. Phasenoise is used to evaluate oscillator‟s random deviation of the frequency. HSPICERF has the special .phasenoise command to support non-autonomous circuit simulation.Phasenoise can only be used with .sn or .hb.Below is SIMIF setting to perform phasenoise analysis:It will insert.phasenoise v(out1) DEC 10 1K 10e6 into the netlist.And the simulation result isSo, the phasenoise is -96.25dBc@60KHz.3.JitterPhasenoise can also be explained as JITTER. So jitter calculation is based on the phasenoise analysis. If the keyword JITTER is added following a phasenoise print/probe, for example .probe/print PHASENOISE phnoise jitter. Then jitter value will be dumped to a *.snjt#/*.printsnjt0.Another way to evaluate jitter value is jitter measurement. Z-2007.03 hspicerf release supports RMS jitter, phase jitter, tracking jitter, period jitter, long-term jitter and cycle-to-cycle jitter.The following sentences will be inserted into inc.sp file to produce jitter.*****************measurement command**************.measure phasenoise rms_jitter RMSJITTER phnoise from = 1K to = 1MEG.measure phasenoise per_jitter PERJITTER phnoise from = 1K to = 1MEG.measure phasenoise lt_jitter LTJITTER phnoise from = 1K to = 1MEG.measure phasenoise ctc_jitter CTCJITTER phnoise from = 1K to = 1MEG********************** end *********************Jitter result is stored in *.msnnoi#.DATA1 SOURCE='HSPICERF' VERSION='Z-2007.03'.TITLE '* Generated by: Simulation Interface Version Z-2006.06-SP2-ENG2'ctc_jitter lt_jitter per_jitter rms_jitter temper alter#3.674322e-17 5.745042e-12 1.617088e-154.062358e-1225.000000 14.VCO gain (tuning characteristic)Use SWEEP option in SN command will produce the oscillating frequency VS control voltage.Set the control voltage as a parameter first, named v_ctrl. Then sweep this parameter. Below is the SIMIF setting:This setting will produce a command -- .sn tone=1.6g nharms=10 trinit=100n oscnode=out1 SWEEP v_ctrl LIN 6 0.2 0.7Another sentence is necessary in order to achieve an intuitionistic result..probe snfd param=Hertz[1]The result is stored in *.snf#.K0 = 41.8 MEG/V5.Summary6.Reference[1] Behzad Razavi, “ RF Microelectronics”, Chapter 7.[2] James F. parker and Daniel Ray, “A 1.6-GHz CMOS PLL with On-Chip Loop Filter”.[3] “HSPICE RF user guide Synopsys”,Chapter 9, …Steady-State Shooting Newton Analysis‟, pp. 225, Sep. 2006.[4] Jaijeet Roychowdhury, David Long and Peter Feldmann, “Cyclostationary Noise Analysis of large RF Circuits with Multitone Excitations”, IEEE Journal of Solid-states, vol.33, March 1998.。
ADS设计压控振荡器 VCO
应用ADS 设计VCO1.振荡器的基本知识和相关指标1.1振荡器的分类：微波振荡器按器件来分可以分为：双极晶体管振荡器；场效应管振荡器；微波二极管(踢效应管、雪崩管等)振荡器。
按照调谐方式分可以分为：机械调谐振荡器；偏置调谐振荡器；变容管调谐振荡器；YIG 调谐振荡器；数字调谐振荡器；光调谐振荡器。
1.2 振荡器的主要指标：① 振荡器的稳定度：这里面包括：频率准确度、频率稳定度、长期稳定度、短期稳定度和初始漂移。
频率准确度是指振荡器实际工作频率与标称频率之间的偏差。
有绝对频率准确度和相对频率准确度两种方法表示。
绝对频率准确度：)(0Hz f f f -=∆其中f －实际工作频率；0f －标称频率。
相对频率准确度式绝对频率准确度与标称频率准确度的比值，计算公式为：)(000Hz f f f f f -=∆ ② 频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值，也有两种表示方法：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。
频率稳定度还可以分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度。
③ 调频噪音和相位噪音：在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。
振荡频率的随机起伏称为瞬间频率稳定度，频率的瞬间变化将产生调频噪音、相位噪音和相位抖动。
振荡幅度的随机欺负将引起调幅噪音。
一次，振荡器在没有外加调制时，输出的频率不仅含振荡频率f 0，在f 0附近还包含有许多旁频，连续分布在f 0两边。
如下图所示，纵坐标是功率，f 0处是载波，两边是噪音功率，包括调频噪音功率和调幅噪音功率。
图1正弦信号的噪声边带频谱图2 相位噪声的定义如图2所示，（单边带）相位噪声通常用在相对于载波某一频偏处，相对于载波电平的归一化1Hz带宽的功率谱密度表示（dBc/Hz）。
1.3振荡器的物理模型下图所示的是振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。
图3本节论述的振荡器采用共基极反馈振荡器，这种类型的振荡器的物理模型如下图所示。
压控振荡器VCO
VCO即压控振荡器，是射频电路的重要组成部分。
射频电路多采用调制解调方式，因此严重依赖本振。
而现代通信技术要求复用、跳频等新技术，采用电压控制振荡回路中电容的电容量，进而改变振荡回路谐振频率就成为实现这些技术的手段之一。
分类分类VCO根据他产生的波形分为：1) 谐波振荡器（harmonic oscillators）；2) 张弛振荡器（relaxationoscillators.）VCO根据他的结构分为：1)LC压控振荡器；2) RC压控振荡器；3)晶体压控振荡器主要性能主要性能VCO的性能指标主要包括:1）频率受控范围；2）线性度；3）压控灵敏度；4）调制带宽；5）噪音；6）工作电压。
频率调谐范围，输出功率，(长期及短期)频率稳定度，相位噪声，频谱纯度，电调速度，推频系数，频率牵引等。
频率调谐范围是VCO的主要指标之一，与谐振器及电路的拓扑结构有关。
通常，调谐范围越大，谐振器的Q值越小，谐振器的Q值与振荡器的相位噪声有关，Q值越小，相位噪声性能越差。
振荡器的频率稳定度包括长期稳定度和短期稳定度，它们各自又分别包括幅度稳定度和相位稳定度。
长期相位稳定度和短期幅度稳定度在振荡器中通常不考虑;长期幅度稳定度主要受环境温度影响，短期相位稳定度主要指相位噪声。
在各种高性能、宽动态范围的频率变换中，相位噪声是一个主要限制因素。
在数字通信系统中，载波信号的相位噪声还要影响载波跟踪精度。
其它的指标中，振荡器的频谱纯度表示了输出中对谐波和杂波的抑制能力；推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化；频率牵引则表示了负载的变化对振荡频率的影响；电调速度表示了振荡频率随调谐电压变化快慢的能力。
在压控振荡器的各项指标中，频率调谐范围和输出功率是衡量振荡器的初级指标，其余各项指标依据具体应用背景不向而有所侧重。
例如，在作为频率合成器的一部分时，对VCO 的要求，可概括为一下几方面:应满足较高的相位噪声要求；要有极快的调谐速度，频温特性和频漂性能要好；功率平坦度好；电磁兼容性好。
VCO(压控振荡器)
MIT OCW
科尔皮兹振荡器设计
设计高Q值的谐振腔 选择偏置电流(Ibias)以获得大的摆幅(避免Gm过度饱和) 选择变压器比例以获得最优的噪声性能
– 经验方法：根据Tom Lee教材，选择N=1/5
选择晶体管尺寸以获得足够大的gm1
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
由于VCO工作在非常窄的频带，所以我们总是可以用 串联-并联转换来获得分析所需的并联网络
– 警告：在实际中，RLC网络可能产生二次（或者更 多）谐振频率，这将引起所不需的特性 手算分析时，等效并联网络掩盖了这个问题 通过仿真可揭示这个问题
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
封装
芯 片
H.-S. Lee & M.H.Perrott
MIT OCW
集成谐振器结构
集成变压器 – 利用自感和互感实现谐振以获得更高的Q值
– 参考文献：Straayer et. al., “A low-noise transformer-based 1.7 GHz CMOS VCO”, ISSCC 2002, pp 286-287
版权所有：Copyright© 2005 M.H. Perrott 翻译：西安交通大学 微电子学系 张鸿
窄带无线系统中的VCO设计
来自天线和带 通滤波器
PCB走线
封装 接口
参考 频率
频率 综合器
混频器
RF输入
IF输出
本振(LO) 信号
输出至 滤波器
设计问题：
– 调节范围—需要覆盖所有频率信道 – 噪声—影响接收机的灵敏度性能 – 功耗—需要低功耗 – 隔离—需要使进入VCO的噪声最小化 – 对工艺/温度变化的敏感性—在量产时需要可制造性
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近年来，随着通信电子领域的迅速发展，对电子设备的要求越来越高，尤其是对像振荡器等这种基础部件的要求更是如此。但多年来我国在这方面的研究投入无论在军用还是民用上均不够重视，仅限于在引进和改进状态，还没有达到质的跨越，没有自主的知识产权(IP)，也之所以在电子通信类滞后发达国家的一个重要原因。而且我国多数仍然利用传统的双极工艺，致使产品在体积上、重量上、成本上都较大，各种参数性能不够优越，稳定性差、难以和现代主流CMOS工艺集成等等都是我国相关领域发展的瓶颈。
VCO
即压控振荡器，是射频电路的重要组成部分。
简单的说是电压控制振荡频率的意思，稍微具体一点说，
是电压控制振荡回路中变容二极管的容量，从而控制了振荡器的频率。
射频电路多采用调制解调方式，因此严重依赖本振。而现代通信技术要求复用、跳频等新技术，采用电压控制振荡回路中电容的电容量，进而改变振荡回路谐振频率就成为实现这些技术的手段之一。
1.3 国内外现状
目前，国内外许多厂家都已生产出针对不同应用的VCO。表1-1分别是具有代表性的国内十三所和Agilent公司生产的部分压控振荡器产品的部分指标：
表1－1
型号 频率范围（GHz） 调频电压（V） 工作电压/电流（V/mA） 输出功率（dBm） 相噪（dBc/Hz）
HE487 3.0~3.7 0~15 12/30 +12 1.5
-90@10KHz
HE488 3.7~4.2 0~15 12/30 2.0~3.0 2~24 15/50 +10 1.5
-95@50KHz
VTO-8240 2.4~3.7 2~30 15/50 +10 1.5
-95@50KHz
VTO-8360 3.6~4.3 8~24 15/50 +10 1.5
另外，自前还用一种称为YIG(钇铁右榴石)的铁氧体器件作为谐振器的压控振荡器，谐振频率用外磁场调谐，调谐带宽可以很宽，因为YIG谐振器可以有很高的Q值，YIG振荡器的相位噪声性能很好。但由于成本较高，且较难设计，所需电流大，调谐速度较变容二极管调谐的VCO慢。本设计只分析设计了采用变容二极管调谐的压控振荡器。
对振荡器的研究未曾停止过。从早期的真空管时代当后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的进展，但在很长的一段时期内都是处在用分离元件组装而成的阶段，其性能较差，成本相对较高，体积较大和难以大批量生产。随着通信领域的不断向前推进，终端产品越来越要求轻、薄、短、小，越来越要求低成本、高性能、大批量生产，这对于先前的分离元件组合模式将不再胜任，并提出新的要求和挑战。集成电路各项技术的发展迎合了这些要求，特别是主流CMOS工艺提供以上要求的解决方案，单片集成振荡器的研制取得了极大的进步。
我国在电子通信领域市场潜力非常大，自主研究高性能、高质量、低成本的压控振荡器市场前景广阔、意义巨大。
1.2 VCO的主要性能指标
VCO的性能指[4]标主要包括:频率调谐范围，输出功率，(长期及短期)频率稳定度，相位噪声，频谱纯度，电调速度，推频系数，频率牵引等。
频率调谐范围是VCO的主要指标之一，与谐振器及电路的拓扑结构有关。通常，调谐范围越大，谐振器的Q值越小，谐振器的Q值与振荡器的相位噪声有关，Q值越小，相位噪声性能越差。
压控振荡器与普通本振相比，在谐振回路中多出了电控器件，比如变容二极管；一般压控振荡器多以克拉泼振荡器形式存在，以保证电路工作点和Q值的稳定性。
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。
-100@50KHz
上述产品中，封装形式均为TO-8封装。对于封装内的电路中一般使用的是晶体管管芯和变容二极管管芯，这样可减少管脚分布电感、电容的影响，减少对分布参数的考虑。但是，制作此类封装需专门设备，制作工艺复杂，进入门槛高，产品价格较高。频率较高时，这些参数对电路性能的影响非常显著。需要在设计时仔细考虑，选择合适的电路形式，尽量降低电路对器件参数的敏感度。
振荡器的频率稳定度包括长期稳定度和短期稳定度，它们各自又分别包括幅度稳定度和相位稳定度。长期相位稳定度和短期幅度稳定度在振荡器中通常不考虑;长期幅度稳定度主要受环境温度影响，短期相位稳定度主要指相位噪声。在各种高性能、宽动态范围的频率变换中，相位噪声是一个主要限制因素。在数字通信系统中，载波信号的相位噪声还要影响载波跟踪精度。
其它的指标中，振荡器的频谱纯度表示了输出中对谐波和杂波的抑制能力；推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化；频率牵引则表示了负载的变化对振荡频率的影响；电调速度表示了振荡频率随调谐电压变化快慢的能力。
在压控振荡器的各项指标中，频率调谐范围和输出功率是衡量振荡器的初级指标，其余各项指标依据具体应用背景不向而有所侧重。例如，在作为频率合成器的一部分时，对VCO的要求，可概括为一下几方面:应满足较高的相位噪声要求；要有极快的调谐速度，频温特性和频漂性能要好；功率平坦度好；电磁兼容性好。