压控振荡器(VCO)工作原理
vco方案
vco方案VCO方案资料1. 简介VCO（Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器）方案是一种用于产生可调节频率的振荡信号的方案。
它广泛应用于无线电频率合成器、通信设备、无线传感器网络等领域，具有广泛的应用前景和技术挑战。
2. 方案优势•可调频率：VCO方案能够根据需要产生可调节频率的信号，满足不同应用场景的需求。
•高频率稳定性：VCO方案拥有较高的频率稳定性，能够保持输出信号在设定的范围内稳定。
•快速响应：VCO方案响应速度快，能够快速调整频率并适应变化的环境要求。
•抗干扰能力强：VCO方案具备较强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中正常工作。
•低功耗：VCO方案采用先进的功耗管理技术，具有低功耗的特点，能够延长设备的电池续航时间。
3. 方案实施步骤1.系统需求分析：–确定VCO方案的应用场景和频率范围要求。
–分析系统对VCO方案的性能要求，如稳定性、功耗、响应速度等。
2.模块设计与选型：–设计VCO的核心电路，包括振荡电路、频率控制电路等。
–选择合适的模拟电路和数字电路元件，以满足设计要求。
3.电路设计与仿真：–使用电路设计软件进行电路原理图和布局设计。
–进行电路性能仿真，评估VCO方案的性能。
4.PCB布板与样机制作：–根据电路设计结果进行PCB布板设计。
–制作样机，验证VCO方案的可行性和性能。
5.调试与测试：–对样机进行调试，确保VCO方案的各项功能正常。
–进行性能测试，验证VCO方案是否满足系统需求。
6.系统集成与优化：–将VCO方案集成到系统中，与其他模块进行协同工作。
–进一步优化VCO方案的性能和功耗，提高系统整体性能。
4. 注意事项•在设计VCO方案时，需要充分考虑系统的实际需求和可行性，确保方案的可靠性和稳定性。
•在选型电路元件时，要考虑其性能和供货情况，避免零部件缺货或技术峰值问题。
•在进行PCB布局设计时，要合理规划电路布局和信号线走向，减少潜在的干扰和串扰。
vco 负阻管工作原理
vco 负阻管工作原理VCO（Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器）是一种能够产生频率可调的输出信号的电路。
负阻管（Negative Resistance Device）是一种特殊的元件，其电流-电压特性具有负阻的特点。
在VCO中，负阻管常用于调制振荡器的频率。
以下是VCO负阻管的工作原理的一般概述：1.基本VCO结构：VCO的基本结构包括振荡电路和电压控制部分。
振荡电路产生一个频率可调的输出信号，而电压控制部分通过调整电压来改变振荡频率。
2.负阻管的引入：负阻管通常被引入到VCO中，以实现对振荡电路频率的调制。
负阻的引入可以改变振荡电路的特性，使其对电压的响应呈现负反馈。
3.负反馈原理：当电压控制VCO的频率时，通过负反馈，VCO的输出频率将趋向于使输入电压稳定。
这种负反馈效应使得VCO在一定的电压范围内对电压的变化产生线性的频率变化。
4.频率调制：通过改变VCO的控制电压，可以实现对输出频率的调制。
调制的形式可以是线性的，也可以是非线性的，具体取决于VCO电路的设计和负阻管的特性。
5.应用领域：VCO在通信系统、雷达系统、射频电子学和其他需要频率可调的电路中广泛应用。
负阻管的引入使得VCO更容易实现频率调制和频率合成。
6.电流-电压特性：负阻管的电流-电压特性通常表现为在某个电压范围内，电流随电压的增加而减小，这与普通的正阻元件相反。
这种负阻特性有助于实现对VCO的负反馈控制。
总体而言，VCO负阻管的工作原理涉及电压控制振荡器的设计，其中负阻管被用于引入负反馈，使得VCO的频率可以通过电压控制。
这种设计在许多应用中都是关键的，尤其在需要频率可调性的系统中。
VCO是什么,什么参数_压控振荡器_
VCO是什么,什么参数(压控振荡器?)默认分类 2007-12-12 11:47:54 阅读2166 评论3 字号：大中小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。
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。
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。
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。
锁相环频率合成器
锁相环频率合成器锁相环频率合成器是一种电路，主要用于产生高精度、稳定的频率信号。
它的工作原理是将一个参考信号与一个可调节的振荡器信号进行比较，通过调节振荡器信号的频率和相位，使得两个信号保持同步，从而实现对输出频率的控制。
锁相环频率合成器广泛应用于通讯、雷达、测量等领域。
一、锁相环基本结构锁相环主要由三个部分组成：相位检测器（Phase Detector）、低通滤波器（Low Pass Filter）和电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator）。
1. 相位检测器相位检测器主要用于比较参考信号与振荡器信号之间的相位差。
常见的有两种类型：同步检测器和非同步检测器。
同步检测器适用于参考信号和振荡器信号具有固定的相位关系时，而非同步检测器则适用于相位关系不确定或者变化较快的情况。
2. 低通滤波器低通滤波器主要用于平滑输出电压，并消除高频噪声干扰。
它的作用是将相位检测器输出的误差信号进行滤波，得到一个直流电压信号，这个信号被用来控制振荡器的频率和相位。
3. 电压控制振荡器电压控制振荡器（VCO）是锁相环频率合成器中最重要的部分之一。
它可以产生可调节的频率信号，并且可以通过调节输入电压来改变输出频率。
VCO通常由一个反馈环路组成，其中参考信号和VCO输出信号经过比较后产生误差信号，通过低通滤波器后输入到VCO中，从而实现对输出频率的控制。
二、锁相环工作原理锁相环工作原理可以用以下几个步骤来描述：1. 参考信号与振荡器信号进行比较，产生误差信号；2. 误差信号经过低通滤波器平滑处理后输入到VCO中；3. VCO产生新的振荡器信号，并与参考信号进行比较；4. 如果两个信号之间存在相位差，则继续调整VCO输出频率和相位，直到两个信号同步为止；5. 输出的同步信号可以用于驱动其他系统或设备。
三、锁相环应用锁相环频率合成器在通讯、雷达、测量等领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 时钟恢复在数字通信系统中，接收端需要恢复发送端的时钟信号。
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。
vco 开关电容
VCO（Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器）的开关电容是指在VCO电路中使用的一种电容，其容值可以通过开关控制进行变化。
这种电容通常用于振荡器的调谐和控制，以实现频率的稳定和调整。
在VCO电路中，开关电容的作用是提供一个可变的电容值，从而改变振荡器的频率。
开关电容的容值可以通过控制开关的通断状态来实现变化，从而实现对振荡器频率的精确控制。
这种控制方式可以实现快速、准确的频率调整，使得VCO的输出频率能够跟随输入电压的变化而变化。
开关电容通常由一组电容器和一个开关组成。
电容器可以是固定的或可变的，而开关则用于控制电容器的接入或断开。
通过控制开关的状态，可以改变电容器的总容值，从而实现对振荡器频率的调整。
压控振荡器的电路设计2
1 绪论1.1 压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。
这种电路称为压控振荡器，又称为VCO 或u-f 转换电路。
怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比，即压控振荡器。
其特性用输出角频率0ω与输入控制电压C u 之间的关系曲线(图1.1)来表示。
图中C u 为零时的角频率，（0ω，0）称为自由振荡角频率；曲线在（0ω，0）处的斜率0K 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。
图1.1 压控振荡器的控制特性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。
压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。
频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心。
在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。
VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。
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。
vco压控振荡器工作原理
vco压控振荡器工作原理
VCO全称为Voltage-Controlled Oscillator，即电压控制振荡器，是一种电子元件，可以根据输入的电压信号来控制输出信号的频率。
VCO的工作原理基于电容和电感之间的振荡原理。
当电容和电感组成一个振荡回路时，电路可以在一定频率范围内自主振荡。
这个频率范围受到电路中元器件参数的影响，例如电容、电感、电阻等。
在VCO中，电容和电感被集成在一个反馈回路中，当输入的电压信号改变时，它会改变电容和电感的值，导致振荡频率的变化。
例如，当电压信号增加时，电容的值会增加，导致振荡频率也随之增加。
VCO在许多应用中都有用途，特别是在无线通信系统中，它被广泛用作频率合成器和频率调制器的核心组件。
它的输出信号可以被用作局部振荡器、调制信号和频率合成器等。
总之，VCO是一个非常重要的电子元件，它可以根据输入电压信号来控制输出频率，是现代电子技术中不可或缺的一部分。
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。
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，VCO）是一种以外部电压控制其频率的电路或设备。
它是一种电子振荡器，可以产生连续可调的频率输出信号。
在实际应用中，压控振荡器广泛用于通信系统、雷达、导航系统、电子音乐中等需要可调频率信号的场合。
一种常见的压控振荡器原理基于电容与电感之间的振荡。
当提供外部电压时，电容的电压将随之变化，从而影响电感的自感，最终改变整个振荡电路的频率。
具体来说，压控振荡器由一个正反馈环形结构组成，包括一个放大器、反馈网络、频率调节电路和控制电压输入端。
放大器将输入信号放大，反馈网络将一部分输出信号引入输入端，形成正反馈。
频率调节电路由电容、电感以及其他元件组成，通过外部电压调节电容或电感的参数，进而调节振荡频率。
控制电压输入端负责接收外部电压信号，并传递给频率调节电路，实现对频率的控制。
压控振荡器的应用非常广泛。
在通信系统中，压控振荡器被用于频率合成器、频率调谐器、频率调制器等电路中。
在无线通信中，压控振荡器可以根据传输要求调整工作频率，实现多信道通信。
在雷达和导航系统中，压控振荡器被用于产生射频信号，用于测量和定位。
在电子音乐中，压控振荡器被用于产生不同音调和音乐效果。
此外，压控振荡器还被广泛应用于科学实验、医疗设备等领域。
总结起来，压控振荡器是一种能够通过外部电压调节频率的电子振荡器。
它的原理基于反馈系统，通过非线性元件和反馈电路产生振荡。
压控振荡器在通信系统、雷达、导航系统、电子音乐等领域有着广泛的应用。
通过调节外部电压，可以实现对频率的灵活控制。
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。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种常用于频率合成和时钟恢复的电路。
它通过对输入信号进行频率和相位的调整，使其与参考信号保持同步。
锁相环广泛应用于通信、雷达、测量仪器等领域。
一、基本原理锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器组成。
其工作原理如下：1. 参考信号输入：外部提供一个稳定的参考信号，作为锁相环的参考频率。
2. 相位比较：将输入信号与参考信号进行相位比较，得到相位误差信号。
3. 低通滤波：将相位误差信号经过低通滤波器滤波，得到平滑的控制电压。
4. 控制振荡器调频：将控制电压作为输入，控制电压控制振荡器的频率，实现频率的调整。
5. 分频：将控制振荡器的输出信号进行分频，得到反馈信号。
6. 反馈：将分频后的信号与输入信号进行相位比较，得到新的相位误差信号。
通过不断的相位比较、滤波和调频，锁相环可以实现输入信号与参考信号的同步。
二、工作过程锁相环的工作过程可以分为锁定和跟踪两个阶段。
1. 锁定阶段：在初始状态下，锁相环的输出与输入信号存在相位差。
相位比较器将输入信号与参考信号进行比较，得到相位误差信号。
经过低通滤波器滤波后，控制电压作用于VCO，调整其频率。
经过分频器分频后，反馈信号与输入信号再次进行相位比较，得到新的相位误差信号。
通过不断的反馈和调节，相位误差逐渐减小，最终锁定在一个稳定的值，输出信号与参考信号同步。
2. 跟踪阶段：当输入信号发生频率或者相位变化时，锁相环需要跟踪这些变化。
相位比较器检测到相位误差信号增大，低通滤波器将其平滑后，调节VCO的频率。
通过分频器反馈信号与输入信号进行相位比较，得到新的相位误差信号。
锁相环通过不断的反馈和调节，使输出信号重新与输入信号同步。
三、应用领域锁相环在许多领域中都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 频率合成：锁相环可以将一个稳定的参考信号与一个可调频率的振荡器相结合，生成一个具有所需频率的输出信号。
这在通信系统、雷达系统等需要精确频率合成的应用中非常重要。
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
锁相环分频器的原理
锁相环分频器的原理
锁相环分频器是一种电路，用于将一个高频信号分频为一个较低的频率，同时保持这两个信号的相位关系。
它由一个相位比较器、一个低通滤波器、一个电压控制振荡器(VCO)和一个反馈回路组成。
其工作原理是：首先，将一个参考信号与输入高频信号进行相位比较，得到一个误差信号。
然后，将误差信号经过低通滤波器滤波后，产生一个直流电压，使得VCO的输出频率发生变化，以消除误差信号。
最后，将VCO的输出信号反馈给相位比较器，使得其与参考信号保持同步。
锁相环分频器有广泛的应用，例如在通信系统中用于时钟恢复和信号分析，以及在数字系统中用于时序控制和时钟生成。
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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
3-15-1
1.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：
C
3-15-2
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+’=
2
12211
R 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3.7.2中t=t 1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A 1的同相端对地电压为：
2
12
211'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。
同时在Uo 1端得到幅度为Uz 的方波。
-(R 1/R
在图3.15.3中，t 1～t 2期间，电容C 上的电压变化量为
放电时间T 1=t 2-t 1为
212
21
2)2(R R
Rc R
U Uz R R c ic
Uc
c =--
=∆
t 2～t 3期间，电容C 恒流充电，同理可得放电时间T 2=t 3-t 2，与充电为Rc 成正
比T 2=22
1
R R Rc
T=T 1+T 2=2
1
4R R Rc
(3.7.2)
f=
1
241RcR R T 2．锯齿波
若上升时间与下降时间不同，一般下降时间远小于上升时间，如图3.15.4
C
R D
图. 3-15-4
只要R 4远小于R ，就可得到如图所示的锯齿波
(R
1
(-R
1
3.15.5 3．压控振荡器
（1）工作原理
C
3-15-6 压控振荡器的原理图
如前所述三角波发生器的振荡频率与积分器的电容充放电时间有关。
而充放电时间与放电电流大小有关，ic=±Uz/R,因此改变Uz大小可以调节振荡频率。
假如积分器的输入端不与迟滞比较器的输出端相连，开关的另两个触点分别与±Ui之间的转接是受控于迟滞比较器的输出电压，当其输出电压为-Uz，则开关S接向+Ui。
此时积分器输出的三角波，迟滞比较器输出方波的频率均受输入电压Ui 的控制。
典型电路如图3.15.7
U i
R
3-15-7 由集成运算放大器组成压控方波-三角波产生电路
由图3.13.1可知，如果除去D3、D4左边的部分，则图中A1、A2构成的为一
方波-三角波产生电路。
由于电路中电容C 的充放电时间相等，因此求出电容C 的放电时间即可得到电路的振荡周期，从而得到振荡频率。
电容的放电电流为ic=-Ui/R,在t 1～t 2放电期间，电容上的电压变化量为 ，由此可得放电时间T1=t2-t1为：RzUi Uz RcR R
Ui Uz R R c ic
Uc
c T 11
12)
22(=
--
=∆=
因此电路的振荡周期为：Ui
R Uz
RcR T T 21142=
=
相应的振荡频率为；Ui Uz
RCR R T f 1241==
由上式可知，Ui 改变时，f 随Ui 的改变而成正比例地变化，但不影响三角波和方波的幅值。
如果Ui 为直流电压，则电路振荡频率的调节十分容易；当Ui 的频率远小于f 的正弦信号，则压控振荡器就成为调频振荡器，它能输出抗干扰能力很强的调频波。
图中A 3,Au 是两个互相串联的反相器，它们的输出电压相等，相位相反，即有Uo 4=-Uo 3=Ui 图中D 2、D 4状态受A 2输出控制，当A 2输出高电位时，其值大于Uo 4(ui),D 3截止,D 4导通，积分器A 1对Uo 4(ui)积分。
反之，当A 2输出为低电位时，其值小于Uo 3(-ui), 则D 3导通,D 4截止，积分器A 1对Uo 3(-ui)积分。
D 3、D 4在电路中起一个开关的作用。
方波输出幅值为±Uz ，三角波输出幅度Uom R R m Uo 2
2
1±
= 当改变控制电压Ui 时，三角波将上升，下降的斜率随之变化，即振荡频率随之变化，从而实现电压控制振荡频率的目的。
由图可知：⎰
=
=
=4
2141
1T
RC
UiT
Uidt RC
Uo R R Uo 即振荡频率Uom
Ui
Rc R R f 214=
（2）。
参数确定与元件选择 1）。
确定积分时间常数R 、C
由式(3.13.6)可知，振荡频率f 与积分电容C 、积分电阻R 的取值有关，当电
容C 或电阻R 增大时，振荡频率f 将随之减小。
在进行电路设计时，我们可以先设定一个C 值，然后再选取R. 2)。
确定正反馈回路电阻R 1、R 2 由式(3.13.4)和(3.13.6) 可知，正反馈回路电阻R 1与R 2的取值不但与输出三角波的峰值有关，而且与振荡频率的大小有关。
因此在选取R1、R 2的阻值时，应同时兼顾二方面的因素；首先根据设计所要求的三角波的输出幅度和运算放大器的最大输出电压Uom 由式(3.13.4)式确定R 1/R 2的比值，然后再选定R 1和R 2 ,最后应将各参数的设定值代入(3.13.6),复算是否满足设计要求。
3）。
R 6、R 7、R 8的确定
由于A3、A4为反相器，故R6=R7=R8/2.
三．设计任务
1．设计一压控振荡器
可控电压范围0～10V，频率200Hz～10kHz.
方波V om=±6V.
三角波V om=±3V.
2．提高题
若在上题基础上，需输出一正弦波，频率范围，输出电压大小与三角波相同。
四．实验步骤
1．根据设计电路，连接好元器件。
2．示波器观察输出波形，并调节输入信号，输出信号频率应随输入信号的变化而变化。
3．自拟输入电压测试点，记录对应输出波形频率、幅度。
五．实验报告要求
1．绘出实验电路图。
简要叙述电路工作原理。
2．整理实验数据，并对实验数据进行误差分析。
3．绘出实验电压/频率特性曲线。
4．总结实验过程中的失误与经验。
五．思考题
1．若控制电压0～5V间变化，输出电压f=200Hz～10kHz电路如何调节？
2．输出频率能否调得过低（如零伏）？
六．实验设备及元器件
仪器
双踪示波器一台
直流稳压电源一台
三用表一只
元器件
通用运算放大器2只
8V稳压管2只
电阻、电容若干。