压控振荡电路的设计
压控振荡器型超声电机控制电路设计
功率放大部 分 ： 这部分 电路将小信号放 大 ， 用以驱动超声电机。
性运动 ， 或者直接把压电振子产生的弯 曲振动作驱动源 ， 于简单 的 借助 机械结构来驱动转子作连续 的旋转运动或直线运 动，也称压 电超声 电 机。超声 电机 的特点是不受磁场影响 、 低速 、 大扭矩 、 响应特性快 、 结构
超 声 电 机 （ ｔ ｓｎｃ ｔ ： Ｓ 是 一 种 基 于 压 电 陶 瓷 逆 压 电效 应 Ｕｌａｏ ｉＭｏｏ Ｕ Ｍ） ｒ ｒ 的新 型 电机 ， 近 二 十 年 来 出现 的 一 种 全新 概 念 的驱 动 装 置 。其 工作 原 是
理是 利用压 电陶瓷材料 的逆压 电效应把 电能转化成机 械能输 出而不用 电磁线 圈的直接驱动 电机 。它是在压 电陶瓷振子上加上交流 电压产生 几十千 赫的超声波振 动，把这种 固体振动通过摩擦力变 换成旋转或线
科技信息．
高校 理科 研 究
压控 振 荡 器 型超 声 电 相 控 制 电 路 设计
南通 大学 丁俊 民 景 一 欧 张 威
［ 摘 要］ 声电机是一种基于压电陶瓷逆压 电效应的新型电机。 超 设计 了一种超声 电机控制电路 。 该控制 电路使 用压控振荡器作 为信
号 源 ， 生 频 率 可 变 的基 准 方 波 信 号 ， 产 占空 比为 ２ ％， 率 范 围 为 ８ Ｋ ４０ 频 率 可 由 电路 反 馈 回 来 的 电压 调 节 。通 过 分 频 分 相 电 ０ 频 ０ ￣ ０Ｋ，
简单 和多样化 ， 具有 良好 的断电 自锁能力。目 前在美 国、 日本及欧洲 ， 超 声 电机得到广泛地应用 。主要有军事和航天领域 ，办公设备和声像设 备 ， 且 电 机 尺 寸 大 多 小 于 ｌｍ。尽 管 超 声 电机 技 术 的 研 究 已 初 见 成 并 ｃ 效， 实验室也初具规模， 但是微型 、集成式超声 电机的研发和超声 电机 控制器 的微型化和集成化仍是重要课题 。由超声 电机的工作机理可知 ， 超声 电机的最佳工作频率是 由系统 的机械共振频率决定 的，而 以压 电 元件 为主的振动 系统的共振频率会 随着 外界参数（ 如温度 、 预压力等 ） 的改变发生变化 ，因此一款好的超声电机控制电路必须能够很好地对 系统共振频率的变化实施跟踪 ， 从而确 保电机 的稳定运行。 超声 电机控 制 技 术 是 随 着 超 声 电机 理 论 和 制 造 技 术 的 改进 和 完 善 而 不 断 发 展 的 。 随着超声电机更多的应用和需求 ， 对其控制技术也提 出了更高的要求。 在超声 电机现有控制技术基础上 ，应向低电压驱动和提高系统整体效 率（ 控制器和超声 电机 ） 向发展 ， 方 而且 ， 控制技术彼此不是独立 的 ， 还 应 当融合 ， 模 块化和智能化 方向发展 。 向 随着国内外研究重点 向微型超 声 电机转移 ， 面向微型系统的控制技术的研 究显得越来越重要和迫切。 目前的控制电路大多是由一些分立元件组合而成， 中有数字元件， 其 也 有模拟元件 ， 控制大多为按键控制 ， 也有一些是单片机控制。其不足之 处在 于应用 的分立元 件数 量较多 ， 而且是数 模混合 电路， 于要求 稳 这对 定性 、 实时性和精确度都较高的超声电机控制电路来说 ， 都不是较理想 的选择 。由于超声电机对于控 制信号也有着较高的要求 ， 以 目前国内 所 外开发 的超声电机的控制电路普遍存在电路体积大 、控制性能单一等 问题 。 伴随超声电机的小型化 ， 电路也必须小型化， 前超声 电机控 控制 目 制器的体积相对电机而言较 大， 在实际应用中受 到很大 的限制 。 所以我
电压控制LC振荡器
2003年全国大学生电子设计竞赛电压控制LC振荡器A2山东轻工王伟包洵吴立元摘要在LC振荡器的LC回路中，使用电压控制电容器（变容器），就可以在一定频率范围内构成电调谐振荡器。
即电压控制LC振荡器。
压控振荡器可广泛使用于频率调制器，锁相环路，以及无线电发射机和接收机中。
在压控振荡器中实际电路中，振荡频率除了随变容管两端的控制电压的变化，还受其两端振荡电压的影响,这使得振荡频率在一定程度上也随振荡幅度而变化,因此在实际的应用中很难使用变容二极管得到较高较准的振荡电压。
为了解决这个问题，我们采用了MAX038集成电路组成的压控振荡电路和MC1496集成电路组成的倍频电路来实现。
这样，通过调节输入电压就可以得到较高频率的振荡电压，而且通过实验可知，其波形也很稳定。
但是此时得到的电压幅度较小，故外接一个高频小信号放大电路，就能够得到题目所提到的1v电压的要求。
一、方案对振荡器部分的方案方案一：为提高输出波形的稳定性和精确度，采用MAX038集成电路做成压控振荡电路，对电阻电感电容的值作适当调整，可以输出1M--37MHZ 不等的频率。
方案二：将MAX038集成电路输出的频率为3M--18MHZ 的电压通过MC1496集成电路组成的倍频电路，将会得到频率为6M--36MHZ 的信号。
方案比较：以上两种方案军都能够满足题目所要求的输出频率范围，但是方案一中要得到37MHZ 的频率需要大约15PF 的电容，而一般这样容值较小的电容在高频范围内工作时的稳定性很差，不能够满足题目要求的10-3数量级的稳定度。
而方案二中要得到18MHZ 的输出频率所需要的电容大约为45pF 左右，这样大小的电容在高频范围内的工作要稳定的多，故选用方案二。
对频率步进装置的方案方案一：由于该震荡器为压控装置，故可通过步进阻值的方法实现频率的步进，通过细调阻值的方式细调频率。
方案二:通过细调阻止的方式细调频率，而对于频率的步进，则通过电感值的步进实现。
电压控制LC振荡器
A题电压控制LC振荡器论文摘要本系统以89C51最小系统为控制核心，由键控显示、时钟、频率合成、功率放大、自动增益控制、电压峰值检测、频率步进与测量等功能模块组成，其中由单片机控制的全集成化锁相环频率合成器为其核心。
系统实现了频率的产生、测量，输出电压峰值的测量，频率步进的变化，功率输出等各种功能。
特色在于：频率输出的控制上有自动扫频、加减步进选频、直接按键选频及步进可选等功能；输出信号峰值、频率等参数的液晶实时显示；相应集成芯片的使用使电路结构简单明了。
指导老师：杜溪水小组成员：陈妤姗吴丽丽翁亚滨一、方案设计与论证1、LC振荡器的制作方法：方案一：采用常规的电容、电感与分立元件组成振荡器。
它是经典的方法，电路成熟，材料容易采购，也容易制作成功，频率范围也容易实现，甚至它的频率调整可以是连续的。
但它最大的缺点是它的频率稳定度最高也只能达到10-3。
它随温度、时间的变化而变化，未能达到高稳定度的要求。
方案二：一般的频率合成技术采用频率合成器，由手动控制。
它的稳定度提高了，可达到10-5，单纯硬件就可实现，更容易捕捉。
但调整频率，其操作比较麻烦，如再要显示频率，峰值等参数，电路更加复杂。
方案三：采用单片机控制的全集成化的设计。
它增加了单片机程序设计的工作量，调试复杂。
但是它只要再键盘上操作就可输出所需的频率，并直接测量其频率、峰值步进和间距等，使系统的性能有很大的提高。
全集化的设计，大大提高了系统的可靠性、稳定性，如配置温度补偿的晶体振荡器，可使输出频率的稳定性提高到10-6以上。
综合考虑制作要求及实际情况，本系统采用方案三。
2、锁相频率合成模块为了提高LC振荡器输出频率的稳定性，电路采用PLL频率合成技术。
其基本组成如图1：图1（1）集成锁相环频合器的选择方案一：采用串行输入频合器（如MB1504，MC145162），内含参考振荡器、参考分频器、相位检测器、可编程÷N计数器及接收串行输入数据所必需的移位寄存器和锁存电路，其优点是工作频率高，占用单片机的外围接口不多，为实现单片机的其它控制节省了硬件资源。
一种宽调节范围高线性度压控振荡电路的设计
第30卷 第6期2007年12月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.6D ec.2007Wide Tuning Range and High L inea r ity VCO Cir cuit Design 3Z H U Zha n g 2h ua1,2,L A I Xi n 2qu an23,Z H A N G Ya n 2wei2 i tar y El ect ronic Engi neeri ng Dep art ment ,Xi ’an communicati on Insti t ute Xi ’an 710106,Chi na;2.Inst it ut e of El ect ronic CAD ,Xi di an Uni vers it y ,Xi ’an 710071,Chi naAbstract :A wide t uni ng range and high li nearit y sawtooth 2wave VCO circuit based on 0.8μm CMOS technology i spresented ,and i s simulated by using t he tool of Candance.It shows that t he sawtooth 2wave t uning range is 1.1～1.9MHz ,t he mi ddle frequency band has a high linearity ,and t he frequency is very st able 、t he precision i s very high.I t can be w i del y used in regulators and many ki nds of phase or frequency locking syst em.K ey w or ds :V CO ;Tuning ra nge ;Linearit y ;CMOS EEACC :1230B一种宽调节范围高线性度压控振荡电路的设计3朱章华1,2,来新泉23,张艳维21.西安通信学院军用电子工程系,西安710106;2.西安电子科技大学CAD 研究所,西安710071;收稿日期6228基金项目国家自然科学基金资助(6)作者简介来新泉(632),男,博士生导师,主要从事专用集成电路设计;朱章华(62),男,硕士研究生,讲师,主要从事专业集成电路设计,z z 3@6摘 要:介绍了一种基于0.8μmCMOS 工艺的宽调节范围高线性度压控锯齿波振荡电路,同时利用Cande nce 仿真工具对电路进行了仿真模拟.结果表明,产生的锯齿波压控调节范围为1.1～1.9M Hz ,中间频段线型度很高,且频率稳定、精度较高,可广泛应用在稳压器以及各种相位频率锁定系统中.关键词:压控振荡电路;调节范围;线性度;CMOS 中图分类号:TN 432 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0622073204 振荡电路是许多电子系统的核心的功能部件,对电路的信号处理性能有巨大的影响.许多振荡电路[123]产生的三角波或方波虽然比较稳定,精度也高,但是可调范围小、线性度低,并且受电源电压和环境温度等影响较大,应用范围较窄.基于以上原因,本文设计了一种基于CMO S 工艺的压控锯齿波振荡电路,产生的锯齿波除了其频率稳定性好、精度高、可调范围宽和压控调节线性度高外,还具有对环境温度、电源电压变化敏感度低等优点.1 压控振荡电路框图及原理压控振荡电路是一种由外加电压控制改变振荡频率的振荡电路,在理想情况下,其输出频率是一个控制电压的线性函数[4].可表示为:ωo ut =ωo +K V C O V ctl(1)其中,ωo 为压控振荡器的中心频率,由压控振荡器使用的环境决定,K VCO 表示电路的灵敏度或增益(单位为rad/(sV -1),V ctl 是输入控制电压.本文所设计的压控振荡电路框图见图1所示.该电路主要由压控充放电流回路和开关控制电路两部分组成,其中:V CCS 为电压控制电流源,通过调节电流的大小来控制振荡器的输出频率.I 0是压控振荡器输出最低频率所需要的充电电流,V C 为锯齿波的输出,OSC 为锯齿波的同频方波信号输出,并通过反馈控制充放电开关K 的断开与闭合.假设加电后电容初始电压V C 为零,开关K 处:200100:0172004:19197hu hanghua42112.co m.图1 锯齿波振荡电路框图于断开状态,由V C CS和I0的叠加电流对电容C1充电,V C电压随时间线性上升.当V C增大到比较器的门限值V R EF时,比较器翻转输出低电平,使RS触发器复位,OSC输出为高电平,反馈控制开关K闭合.由于放电电流I2远大于充电电流,此时电容开始放电,V C电压随时间线性下降且下降时间远小于上升时间.当V C下降到零时,使RS触发器置位, OSC输出为低电平,使开关K再次断开,电路开始不断的重复以上充放电过程,在V C处形成锯齿波输出,OSC输出为与锯齿波同频的窄脉冲方波.当外部电路输出短路时可关断V C CS的电流输出,充电电流较低为I0,压控振荡器工作在恒定的低频下.使外部电路电流有充足的时间衰减.2 电压偏置和电流偏置一般在稳压器或其他各种相位频率锁定系统中都提供了高性能的基准电压和电流偏置[526],可用电阻分压和镜像电流方式得到所需的各种电压和电流偏置.本文所设计的振荡电路采用的电压偏置就是从零温度系数带隙基准电压分压得到的.此外通过调节补偿系数可得到一个负温度系数的基准电压,它和工艺model中负温度系数电阻的比值可获得零温度系数的电流[7].图2所示的为V-I变化电路框图:可求出流过电阻R1的电流为I=V refR1,电压V ref是从带隙基准电路中产生并具有可调的负温度系数,只要V ref的负温度系数设置恰当,就可以充分抵消工艺给定的电阻的负温度系数,从而得到性能良好的电流基准.图2 零温度电流设计框图3 压控充电电流回路该部分电路主要是产生图1所示中的电流I0和由外部电压V C CS控制的充电电流,具体实现电路见图3所示.图3 压控振荡器充电电流回路 图中I ref为零温度系数电流偏置信号,设其对应的电流基准为I,M19、M20和M18、M15分别构成镜像关系,忽略沟道调制效应.I M15=(W/L)M19(W/L)M15(W/L)M20(W/L)M18I(1)M16和M17组成差分放大器,两个输入端分别接外部反馈电压V FB和一个基准电压V P3,差分放大器工作于大信号状态当外部电路输出短路时,反馈电压可能降到低于V3,这时M5上的镜像电流全部流过M6,并通过镜像最后到M、M3,如果Q、Q相同则I M13=(W/L)M19(W/L)M15(W/L)M13(W/L)M20(W/L)M18(W/L)M14I(2)I M12=(W/L)M19(W/L)M15(W/L)M12(W/L)M20(W/L)M18(W/L)M14I(3)而M6、M8镜像M20的电流分别为:I M6=(W/L)M6(W/L)MI(4)I M8=(W L)M8(W L)MI(5)调整相应MOS管的宽长比值,使镜像电流4702电 子 器 件第30卷.P11 1211220 //20I M12大于I M8、I M13大于I M6,则M3、M4和M5都关断,电容的充电电流为:I c=I1-I2=(W/L)M7(W/L)M1(W/L)M20(W/L)M2I(6)充电电流较小且恒定,压控振荡器工作在低频模式下.当外部电路正常工作时,反馈电压远高于V P3, MOS管M16关断,流过M12和M13电流为零,压控振荡器处于正常工作状态,通过电压V C CS控制充电电流线性调节输出频率.M4和M5组成线性跨导放大器,输入端为V C CS和一个电压基准V1P2,当V CCS在基准V1P2上下波动时,I M4=12I M8+12ΔV×G M(7)I M5=12I M8+12ΔV×G M(8)其中:ΔV为控制电压与电压基准V1P3压差,G M=μC O X WLI M8为差分放大器的跨导,分别再通过镜像,得到:I2=I M18=(W/L)M10(W/L)M21(W/L)M9(W/L)M11I M5(9)I1=I M1=(W/L)M1(W/L)M2(I M6+I M7+I M4)(10)由式(4)～(10)可得到最后充电电流为:I C=I1-I2={(W/L)M1(W/L)M2(W/L)M6+(W/L)M7+(W/L)M8(W/L)M20-(W/L)M10(W/L)M21(W/L)M82(W/L)M9(W/L)M11(W/L)M2P0}I+{(W/L)M1(W/L)M2+(W/L)M10(W/L)M212(W/L)M9(W/L)M11}G M×ΔV=1+KΔV(11)当V C CS=V1P2时ΔV=0,充电电流I C=I,压控振荡器工作在中心频率下,频率由充电电流I和放电电流决定.当V CC S变化时,压控振荡器的输出频率在中心频率上下波动,波动范围由KΔV决定,通过合理调整跨导运放的尾电流源和M4、M5的宽长比值,使G M在控制电压变化范围内变化很小,就可以线性调节振荡器的输出频率.4 开关控制电路和放电电流回路该电路主要利用比较器产生电压控制信号,改变RS触发器的状态,从而控制开关的导通和截止,达到充放电的目的.具体电路结构见图4所示.图中,MOS管M21～M27组成开关和放电回路.设初始状态时V C和O SC为低电平,经过三个非门输出为低电平,M6、M截止,电容开始充电,当电压V线性上升到基准电压V8时,比较器状态发生翻转输出低电平,使RS触发器复位,OS为低电平,经过两个非门使M3管关断M管导通,M的图4 开关控制电路和放电电流回路镜像电流经M22流入M24管,并与M27形成电流镜,电容开始放电.同样忽略沟道调制效应和开关管的源漏电压后放电电流为:I C1=(W/L)M19(W/L)M20(W/L)M21(W/L)M27(W/L)M18(W/L)M24I-I C(12)其中I C为式(11)所示的充电电流.当电容电压V C降低到约零电平时,M26由截止变为导通,其漏端电压S被拉到低电平,RS触发器置位,OSC变为高电平,经非门后关断M22、M26和M27,放电回路截止,M26的漏端电压也被拉到高电平,电容又开始不断的重复以上充放电过程.调整M18～M20、M24和M27的宽长比值,使放电电流远远大于充电电流,在V C处形成锯齿波输出,OSC输出为同频窄脉冲的方波.5 压控振荡电路性能分析及仿真由图3和图4可知,在压控模式下,电容上的充电电流和放电电流分别由式(10)和式(12)表示,当控制电压V CCS稳定时,充电电流为恒定值,电容电压线性上升,通过比较器将其钳制在高阈值V P8,由于M27的镜像电流远大于充电电流I C,因此放电电流基本上恒定为I M27,且随控制电压变化很小.电容电压也是线性下降的,其低阈值V OL≈0,压控振荡器的输出频率[8]为:f=I C+I C1(V OH-V OL)×C≈I C+I C1V O H×C(13)调整压控振荡器的偏置电压、偏置电流和相关MOS管子的宽长比值就可得到芯片所需的相应频率锯齿波和方波信号输出. 该电路采用SAN Y O0.8μm标准CMOS工艺来实现,并利用Candance仿真软件对电路进行仿真.在典型工艺模型下电路工作电压由内部电压提供为2.4V,这样可降低功耗以及避免由外部电压波动引起的频率漂移.图5为正常工作条件下压控振荡器的中心频率瞬态输出波形,上图是电容上的锯齿波V C 信号输出,下图是窄脉冲方波OSC的信号,频率都为1.5MHz.在外部电路短路的情况下,反馈电压V FB降低,压控振荡器的输出频率为3z图6给出了锯齿波振荡频率随控制电压V S变化的具体情况从图中可以看出,随着的V S增大,5702第6期朱章华,来新泉等:一种宽调节范围高线性度压控振荡电路的设计A227C PC2222100k H.CC .CC图5 振荡器的仿真波形(V X=2.4V t=25℃)压控振荡器的频率也随着增大,在低于0.8V以下和高于1.6V以上时,频率改变成饱和趋势,而在0.8～1.6V之间随线性增大,且调节线性度好、调节范围最大为1.1～1.9M Hz.图6 OSC线性变化范围(V X=2.4V t=25℃)6 结论文章给出了一种在COMS工艺下的压控锯齿波振荡电路,核心输出频率为1.5M Hz,调节范围±0.4MHz,且调节线性度很高.该电路可用于电流模式架构的稳压器以及各种相位频率锁定系统中,能满足实际的需要,应用前景很好.参考文献:[1] G ierki nk S L J,Tuijl E V.1A C o upled Sawtoot h Oscill at orC o mbinin g Low J it t er wi t h Hi gh C ont rol Li nearit y[J].IEEEJSol St a Circ,2002,37(7):7022710.[2] Haslet t J W.Cur rent2Swi tch VCO[J].El ec.Let t ers,1989.01,25(2):1392140.[3] 来新泉、潘华兵、陈富吉,一种温度不敏感频率范围宽的三角波振荡器[J],电路与系统学报,2005.06,10:85288.[4] 毕查德.拉扎维,模拟CMOS集成电路设计[M],西安交通大学出版社,2003.2:431.102.[5] P.E.艾伦D.R.霍尔伯格,CMOS模拟电路设计[M],科学出版社,1995:3132337.[6] 陈碧、罗岚、周帅林,一种低温漂CMOS带隙基准电压源的设计[J],电子器件,2004.03,27:79282.[7] 黄诗仲、来新泉、陈富吉,一种采用带隙结构的高精度电流基准电路设计[C]//西安电子科技大学学术年会论文集,2005.11:1202123.[8] 马田华、蒋国平、王利,一种CMOS锯齿波振荡电路的设计[J],电子器件,2005.03,28:1542158.(上接第2072页)定性.为了能更好的仿真系统的性能,系统进行了20次仿真并平均得到SN R、SNDR、SFDR、ENOB 仿真结果如表3所示.表3 系统仿真结果精度/频率(bit/M Hz)SN R/dBSNDR/dBSFDR/dBENOB/bit1272.6272.5089.7411.771272.8572.7289.7311.811272.8272.7089.7111.801058.0457.7465.429.351058.3857.9365.329.411058.0457.7564.959.35847.4946.8955.957.60848.9447.7655.947.59847.4746.8855.937.59 从表中可以看出,可配置Pipeli ne ADC系统在引入实际噪声和干扰的情况下,系统仿真与理想系统指标的最大偏差不大于5%,能够满足对ADC系统的性能要求.4 总结基于循环(Cyclic)ADC结构为可配置Pipeli ne D系统实现的一种有效方法其核心在于由数字电路控制MO S开关对电路状态的选择和配置具有实现电路简单、功耗低、电路性能稳定等优点.通过对循环ADC单元结构的优化设计,可实现可配置系统精度与工作频率性能的有效改善和提高,系统仿真结果证明了设计的正确性.参考文献:[1] Geo rges G ielen,Er wi n G o ri s.Reco nfig urable Fro nt2end Ar2chi tect ures and A/D Convert ers fo r Fexi bl e Wreless Tansceiv2 ers for4G Rdio s[C]//IE EE CAS,2005:13218.[2] Bo Xia,Al bert o Valdes2G arcia and Edgar Sanchez2S i nencio.AConfigurable Ti me2Int erl eaved Pipeline ADC for Mul ti2St and2 ard W i rel ess Receivers[C]//IE EE ESSCIRC,2004:2592262.[3] Zani kopoulo 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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。
压控振荡器的电路设计_EDA
《EDA 技术》课程设计报告四、自动增益控制电路的设计和Multisim 仿真（9、10、11组）要求：1、反馈环节包括整流、滤波、比较电路。
2、工作频率为低频段，输入信号幅度0-50mV 。
参见模电教材P586、P594五、数字式温度计的设计和Multisim 仿真(12、13组)要求：1、温度传感器采用热敏电阻PT100或PN 结。
2、采用A/D 转换芯片送数码管显示。
参见模电教材P382，A/D 及显示部分参见数电相关章节教材。
六、电容测量电路的设计和Multisim 仿真（14、15组）要求：1、有量程控制。
2、只需输出与电容成正比的交流电压即可。
参见模电教材P594七、路灯控制电路的设计和Multisim 仿真（16）要求：1、控制系统具有迟滞功能以节省能量。
2、采用光耦电路控制路灯。
参见模电教材P476压控振荡电路的设计学生姓名：徐昌、吴天宇、汪小玲 指导教师： 许长安 所 在 系： 电子工程系 所学专业： 电子信息工程 年 级： 20122014 年 6 月目录一、设计任务与要求 (3)二、元器件清单及简介 (3)三、设计原理分析 (5)四、设计中的问题及改进 (8)五、总结 (9)六、参考文献 (9)压控振荡电路的设计一、设计任务与要求1.1课程设计的研究内容本课题的主要研究内容是采用集成运算放大器设计压控振荡器的电路，并使用multisim仿真工具对其进行仿真。
包括压控锯齿波发生器电路、压控矩形波发生器电路、压控三角波发生器电路、压控方波发生器电路。
设计中要掌握电子电路设计的基本方法包括设计步骤、设计公式、参数计算及电子元器件的选择，掌握multisim在电子电路设计中的应用。
1.2 压控振荡器设计要点压控振荡器一般分为晶体压控振荡器和LC压控振荡器对于各种用途的晶体压控振荡和LC压控振荡，设计时应考虑的指标大体上可以分为以下几个方面：1、用运算放大器构成以压控振荡电路（VCO）将模拟电压转换成频率。
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。
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。
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02期摘要：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（b）-0123-02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。
1 压控振荡器（VCO）原理1.1 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。
1.2 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。
《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
电压控制LC振荡器
摘要本电压控制LC振荡器系统包括压控振荡器、数字锁相环，单片机嵌入式系统。
本系统的压控振荡器部分采用了压控振荡器芯片MC1648和变容二极管MV209，外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡器,频率调节范围宽，在输入电压从0.5V变化到8V时，输出频率可以从15MHz变化到35MHz，且能保持良好的线性度，振荡环路加入了防振措施，高次谐波能得到很好的抑制，输出的正弦波波形良好，纯度高，失真低，幅度高且稳定。
由于采用单片机控制数字锁相技术及锁相环式频率合成器(MC145152)，使VCO的频率稳定度和精度极高，步进值可以在1KHz到1MHz内任意设置（最小为1KHz），为了实际使用方便和考虑到题目要求，本设计的步进值置为100KHz。
本系统使用单片机控制，从操作的灵活性和可靠性方面考虑，仅置了四个按键，省去了繁杂的程序调试，也不用担心程序会跑死。
关键词：压控振荡器，数字锁相环，单片机，MC1648,MC14515ABSTRACTThis voltage control LC oscillator system package is drawn together and is pressed accuse voltage control oscillator and digital PLL , single chip microcomputer Embedded system . the accuse oscillator VCO of this system has partly used that the pressure controls the oscillator chip MC1648 and becomes the appearance diode to meet outside the MV209, vibration of LC return circuit to form to become the appearance diode pressure to control the oscillator , the frequency setting range width , when input voltage changes to 8V from 0.5V , the export frequency can change to 35MHz, from 15MHz and can keep good the degree of linearity , the vibration cycle has been joined antihunts the measure , and High More inferior harmonic can get the restraining of very good , the sine wave waveform of export good , purity high , it is low to lack fidelity , range Gao Qie stable . owing to uses single chip microcomputer control figure phase lock technique and PLL type frequency synthesizer ( MC145152 ) , making that the frequency degree of stability and precision of the VCO is extremely high ,bu Jinzhi can be in the wanton installation of 1KHz to the 1MHz ( minimal is 1KHz ) , and for real uses conveniently and think over the title requirement that bu Jinzhi's set of this design is for 100KHz . this system is used the single chip microcomputer and is controlled , and thinks over flexibility and the reliability from operates , and has only placed four keys , and has left out miscellaneous program debug , and also need not worry that the program can run extremely .Key Words：VCO, digital PLL, MUC, MC1648,MC145152目录摘要 (I)ABSTRACT....................................................................................... П绪论.. (1)第1章系统设计 (2)1.1 引言 (2)1.1.1 设计要求 (2)1.2 总体设计方案 (2)1.2.1 设计思路 (2)1.2.2 电压控制LC振荡器（VCO）设计方案论证与选择 (3)1.2.3 频率控制方式的设计方案论证与选择 (3)1.2.4 频率合成器的设计方案论证与选择 (4)1.2.5 控制模块的设计方案论证与选择 (5)1.2.6 稳幅电路的设计方案论证与选择 (6)1.2.7 电源方案论证与选择 (6)1.3 系统组成 (6)第2章单元电路设计 (8)2.1 压控振荡器和稳幅电路的设计..................................................... . (8)2.2 锁相环式频率合成器的设计........................................................ (11)2.2.1 锁相环（PLL）技术的基本原理 (11)2.2.2 锁相环路的数学模型 (13)2.2.3PLL频率合成电路的设计 (16)2.3 前置分频器...................................................... (19)2.4 低通滤波器 (22)2.5 频率的计算 (23)2.6 单片机控制电路 (24)2.7 电源电路设计 (25)第3章软件设计 (26)3.1 MC145152的控制和显示部分的程序设计 (26)第4章系统的性能指标 (28)4.1概论 (28)4.2 系统性能指标 (28)4.2.1 频率稳定 (28)4.2.2 振幅稳定 (29)4.3 频率合成器 (29)4.4 集成锁相环路 (31)结论/展望 (33)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)绪论在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子电路。
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。
压控振荡电路的设计
压控振荡电路的设计1.设计原理常见的压控元件包括钽电容器、硅压控振荡器（VCXO）、锁相环（PLL）和表面声波器件等。
本文主要介绍基于VCXO的压控振荡电路设计。
2.关键部件(1)压控振荡器（VCXO）：VCXO是压控振荡电路的核心部件，其工作原理基于石英晶体的压电效应。
当施加电压时，晶体的弹性常数发生变化，从而改变共振频率。
(2)控制电路：控制电路用于产生一个电压信号，以控制VCXO的频率。
控制电路可以使用电位器、电流源等元件，通过改变电压或电流的大小来控制振荡器的频率。
3.设计过程(1)确定设计参数：首先要确定所需的振荡频率范围和精度，以及控制电压的范围。
这些参数将决定VCXO的选择和其他电路元件的选取。
(2)选择VCXO：根据设计参数，选择合适的VCXO，包括共振频率范围、稳定性、工作电压等。
(3)设计控制电路：根据所选VCXO的控制电压范围和控制方法，设计相应的控制电路。
电控振荡电路常用的控制电路包括放大器、反相器等。
(4)仿真和调试：使用电路仿真软件对整个电路进行仿真，检查振荡频率和控制电压的响应曲线是否满足设计要求。
如果不满足，需要对电路进行调试和优化。
(5)布板和制作：根据电路设计图进行布板设计，然后制作PCB板。
同时，根据实际情况进行元件选取和布局。
(6)调试和测试：完成PCB制作后，对电路进行调试和测试。
检查振荡频率和控制电压是否与仿真结果一致，并进行必要的参数调整。
(7)优化和改进：根据测试结果，对电路进行优化和改进，以提高振荡频率的稳定性和控制精度。
综上所述，设计压控振荡电路需要考虑电路参数、选择合适的VCXO、设计控制电路、进行仿真和调试、布板和制作、调试和测试，以及优化和改进。
在实际设计中，还需要考虑电路的稳定性、噪声干扰等因素，并结合具体应用场景进行综合考虑和处理。
设计一个稳定和可靠的压控振荡电路需要充分的理论知识和实践经验，并进行反复测试和修改，确保其性能符合设计要求。
一种适用于LED驱动电路的压控振荡器的设计
开 启 ，电 容 Ｃ上 的 电荷 开 始 通 过尺 、Ｍ 地 放 电 ， ， ，当Ｃ 上 的 电 压低 于 时 ， 。
Ｄ触 发器 的Ｓ 置 １ ｏ 为 ０ 截 止 。，继 续 给 端 ， Ｕ Ｔ ，Ｍ 管 ｃ
图 ２ Ｖ Ｏ工 作 原 理 图 Ｃ
… …
Ｊ ＲＭ Ｓｒｓ ｇ ：３ ８ ＣＣ （ｉｎ ）１５３ ｎ ｉ
（Ｅ ｄ ）
ｆ
况 下
的频 率 随 输 入 电压 Ｖ Ｎ 化 的仿 真 图 。可 Ｉ变
图５ ＶＣ Ｏ电路 频 率抖 动 仿 真 结 果
看 出在 芯 片 所 工 作 的输 入 电压 １ ４ ～ Ｖ间 ．该Ｖ Ｏ的 Ｃ 工 作稳 定 。具有 良好 的线性 度 。
，。 Ｍ ＝
（ ） ． Ｉ． Ｖ Ｈ （。 Ｍ 一 Ｔ 一 Ｒ ）
（） ２
为 电流，的镜 像 ，数 字信 号 Ｉ 与 控 制 着Ｍ Ａ ／ 和Ｍ 的 开启 和关 断 ．从 而控 制 电容 充 电电 流 的大 小 ，继
而改 变Ｖ Ｏ的输 出 频率 。 Ｃ
， 丛 （） （ Ｍ 孚 一 ２ ＝
１２ 电 路 结 构 ．
ｌ・．Ｃ ・（ ． ） ｃｔ＝ ｌ Ｈ Ｌ ｏ ． ￡为 电容充 电时 间 ，即Ｍ 管导 通 时间
（） ５
由于 对 于 电 阻Ｒ： 相 和Ｍ， 成 的通 路 的 放 电电 组
流要 小 的多 ，所 以放 电时 忽 略 电容 的充 电作 用 ． 对
Ｍ， 和Ｍ： 工 作 时分 别 产 生 电流，． 管 Ｍ 和 ，两 电 流 之 和厶为 电流 镜 的输 入 电流 。
当 为０ ，Ｖ Ｏ依 然 有 频 率输 出 因 为 时 Ｃ 使 Ｍ 常 开 ，所 以 电 流厶始 终 不 会 为０ 。 ，
LC压控振荡器
2
目录
（一）系统方案论证......................................................................................................... 4 1.各部分模块方案选择比较..................................................................................... 4 1.1 电压控制振荡电路的方案选择比较.......................................................... 4 1.2 VCO 控制电压产生方案选择比较.............................................................. 5 1.3 功率放大电路的方案的选择...................................................................... 5 (二)子模块分析及指标计算.............................................................................................6 1.系统总思路.............................................................................................................. 6 2.子模块具体分析和计算......................................................................................... 6 2.1 压控 LC 振荡器电路..................................................................................... 6 2.2 PLL 频率合成电路....................................................................................... 8 2.3 功率放大器模块......................................................................................... 12 2.4 测频测幅及显示电路................................................................................. 13 2.5 系统程序设计及算法分析.........................................................................16 （三）系统调试和结果分析.......................................................................................... 17 1.测试仪器.................................................................................................................17 2. 系统电路的调试及解决方案............................................................................. 17 2.1 VCO 模块测试方法和结果分析................................................................ 17 2.2 前置分频模块测试方法和结果分析........................................................ 18 2.3MC145152 鉴相器模块测试方法和结果分析........................................... 20 2.4 低通滤波器模块调试................................................................................ 22 2.5 功率放大电路..............................................................................................23 3. 调试体会及注意事项......................................................................................... 24 附录：使用单片机控制步近程序源代码................................. 错误！未定义书签。
555时基电路构成的压控振荡器.doc
555时基电路构成的压控振荡器摘要：555电路是集模拟电路和数字电路于一体的集成电路，是在上世纪70年代，为制作定时器而被设计制造的。
该电路具有灵活的引出端脚，使用者尽用其能，将其广泛运用于电子行业的各个领域内，并且该电路在科研、仪表、测量、控制等诸多领域内也得到了广泛的应用。
本文主要从原理和应用两个方面讲述由555无稳态多谐振荡器电路构成的压控振荡器。
关键词：1、引言如今，555时基电路得到如此广泛的应用，这得益于该电路本身独特的优越性。
按照555电路的应用特点，以数字电路的分类方法作为基本方式，可将其分为：多谐振荡器的应用方式、单稳态电路的应用方式、双稳态（R-S触发器）电路的应用方式以及施密特电路的应用方式。
本文要讨论的压控振荡器是一种结构特殊的多谐振荡器，全称为电压控制的多谐振荡器，简称VCO。
由555电路构成的压控振荡器具有电路简单、成本低、产生脉冲波形的线性度好等特点，因此压控振荡器电路在锁相技术、A/D转换、脉冲调制及遥测技术中有广泛的用途，是一种十分重要的电路。
.2、555电路原理图]1[图1、原理电路图整个原理电路图有5个部分组成，这5个部分可以分为三大部分进行解释：（1）分压器与比较器三个等值电阻（每个5KΩ）串联进行分压，将电源电压分别分压为U CC/3和2U CC/3。
其中2U CC/3加至电压比较器A1的同相输入端，作为它的参考电压；U CC/加之电压比较器A2的反相输入端，作为它的参考电压。
A1、A2是由两个差分电路组成的电压比较器，相当于两个运算放大器的输入电路。
这两个参考电压决定了555电路的输入特性。
上述原理电路图有两个输入端，分别称为触发端（TR、2脚）和阀值端（TH、6脚），它们分别是A2的同相输入端和A1的反相输入端。
根据电压比较器的工作原理：当对输入端2脚上加上低于U CC/3的输入电压时，比较器A2输出低电平；当加上高于U CC/3的输入电压时，A2输出高电平。
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。
压控振荡器中振荡电路的设计
右由 ．ｆ ｎ
， ｃ＝ 其 中
÷ ．以 算 四 振 频 回 中 等 可估 出段 荡 率 路 的
效 总 电感 值 分 别 为 ３ ９ｘ １ ８ ．ｌ Ｈ、． Ｈ、 ． １ 和 ０ ７ Ｈ． 据 图 ６可 以求 出 Ｌ １２ Ｈ ｘ ．１ 根 ｘ １＝０ ７ｘ Ｌ ．１ Ｈ， ２＝０ ５ ． Ｈ，
大， 并且放大器的增益与输入信号的幅度成反比， 从而使输 出信号幅度稳定 ； 单片机控制 电路产生频率控 制和幅度控制命令． 本文将对压控振荡器 中的振荡电路进行设计 ， 频率覆盖范围为 １Ｍ ｚ ３ Ｍ ｚ ５ Ｈ－ ５ Ｈ ．
图 １ 电压 控 制 Ｌ Ｇ振 荡 器 组 成 框 图
１ 振 荡 电路
作者简 介 ： 朱志平（ ９ ９ ） 男 ， １５ 一 ， 陕西武功人 ， 渭南师范学院物理与 电气工程学 院副教授． 研究方 向 ： 电子信息．
振荡 器具 有 广泛 的用途 ， 通信 、 在 电子 、 海 、 航 航空 航天 及 医学等 领域 扮演 重要 的角 色 ， 尤其 在通 信 系 统 电路 中 ， 控振 荡器 （ ｃ 压 ｖ ｏ）是 重要 单 元 … ， 键 部 件 Ｊ 特 别 是 在 锁相 环 电路 、 钟 恢 复 电路 和 频 率 关 ， 时 综合 器 电路 中更 是 核心模 块 ． 电压 控 制 振 荡器 （ Ｃ 是 一 种 振 荡频 率 随 外 加 控制 电压 变 化 的振 荡 器 ， Ｖ Ｏ） 图 １ 其组 成框 图． 中 ， Ｃ 为 图 Ｖ Ｏ产 生频 率 随压控 电压 改变 的正弦信 号 ； 率 控 制 电路 产 生高 稳定 度 的参 频 考频率 ， Ｖ Ｏ 的频 率 稳定 ， 使 Ｃ 并产 生控 制频 率变 化 的 直 流 电压 ， 幅度 值 稳定 电路 对 Ｖ Ｏ输 出 电压 进 行放 Ｃ
900MHz压控振荡器设计
( a) 频率为 1. 03GHz
( a) 传输系数
( b) 频率为 1. 12GHz
图 4 传输系数仿真结果 Fig. 4 Simulation results for transmission coefficient
( b) Q
图 5 电容 的等效连接 Fig. 5 The equivalent circuit for capacitor
Design of a 900 MHz VCO
XIONG Jun qiao , XIA Min
( College of Electrical and Electronic Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China) Abstract: A 900MHz VCO( Voltage Controlled Oscillator) circuit is designed with lumped elements consisting of varactor diode and ultra- high frequency( UHF) transistor. Its parameters are determined with ADS2006A, and related indexes are simulated, including phase noise, tuning bandwidth, stability factor, output power and har monic power, etc. T his VCO circuit achieves the operating frequency of 1 GHz and tuning bandwidth of 90MHz by parameter adjustment and architecture optimization. Its phase noise is - 105dBc/ Hz at offset frequency of 10kHz, and - 120dBc/ Hz at 100kHz. This design can immensely cut the cost. Key words: repeater; RF front end; voltage controlled oscillator( VCO) ; phase noise; varactor diode 方案 , 使设 计 更 加灵 活 ; 基于 MEMS 技 术 的宽 带
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压控振荡电路的设计目录1、引言 (3)1.1、M ULTISIM 和P ROFESSIONAL 软件仿真软件 . (3)1.2、压控振荡器软件仿真分析的意义 (3)2、压控振荡器的设计电路图 . (4)2.1、工作原理 (4)2.2、振荡频率 (6)2.3、压控振荡电路的仿真图 (6)3、频率显示器 . (8)3.1、频率显示器电路图 (8)3.2、频率计的基本原理 (8)3.3、频率计的工作原理流程图 (9)4、单元电路设计及参数计算 . (9)4.1、时基电路 (9)4.2、逻辑控制电路 (10)4.3、计数器 (11)4.4、锁存器 (12)4.5、译码电路 (12)5、仿真 . (14)6、元器件清单及简介 . (16)6.1、压控振荡器部分元器件介绍 (16)7、系统调试和测试 . (17)8、设计小结 . (18)参考文献 . (19)压控振荡电路的设计黄辰晨，电子信息工程摘要：压控震荡器是一种信号频率由电压控制的信号产生器件。
但需先通过对函数信号发生器的原理以及构成分析并设计一个能产生出方波的简易信号发生器，然后再对方波发生电路接入一个电压控制电路便构成了压控方波信号发生器，在设计过程中，此部分电路仿真均基于Mulstisim 仿真软件。
显示被测信号频率的数字测量仪器，它的基本功能是将产生的信号频率测量出来并显示，数字频率显示器主要由四个部分构成：时基（T ）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路，在设计过程中，此部分电路仿真均基于Protues 仿真软件。
关键词：压控振荡器；软件仿真；频率显示器；555定时器Design of Voltage controlled oscillatorHuangchenchen ，Department of Electronic EngineeringAbstract: V oltage controlled oscillator is a kind of signal frequency by the signalcontrol voltage generating device. But the principle of the function signal generator and the structure analysis and design a simple signal generatorcan produce square wave, and then the other wave generating circuit into avoltage control circuit is composed of the pressure wave signal generator,in the design process, this part of the circuit simulation based on Mulstisim software. Display digital measuring instruments measured signal frequency,its basic function is to the generated signal frequency measurement anddisplay, digital frequency display mainly consists of four parts: base(T)circuit, input circuit, a counting display circuit and control circuit, in the design process, this part of the circuit simulation based on Professional simulation software. Key words: voltage controlled oscillator；simulation ；frequency display；555 timer1 引言1.1 Multisim 和Protues 软件仿真软件Multisim 和Professional 软件是皆一款较为先进的电路仿真分析软件，适合于各种模拟/数字电路板的设计应用。
Multisim 提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。
Multisim 作为一款优秀的行业专用软件，具有创建电路形象而且直观，全部工作通过电脑屏幕的仿真实验室台完成，所有需要的器件、测试设备都能从屏幕上选取；软件仪器外形与操作方式跟实物吻合，而且实验仿真是实时的。
Protues 软件实现了单片机仿真和SPICE 电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、SPI 调试器、键盘和LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等；提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE 分析于一身的仿真软件，功能强大。
故综合性考虑将压控振荡部分用Multisim 进行仿真而频率显示部分用Protues 进行仿真。
1.2 压控振荡器软件仿真分析的意义伴随着科技的快速发展在电子设备中，压控振荡器的应用极为广泛，如彩色电视接收机高频头中的本机振荡电路、各种自动频率控制(AFC)系统中的振荡电路、锁相环路(PLL)中所用的振荡电路等均为压控振荡器。
振荡器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。
因为教学的需要再加上教育改革的深入，实现教育技术现代化、教学手段现代化，尤其是在电工电子实验教学方面，传统的实验教学方式由于受实验室条件的限制，在给学生开展一些扩展型、设计型及综合实验时将会遇到一些困难，且如果先让学生进行软件的仿真还能够激发学生学习的主动性和积极性。
Multisim 和Protues 是一种通用的电子电路的分析模拟软件，且各有优点，它们两者的结合可以更好的完善的电路模拟、仿真、设计分析等功能。
是电子系统分析和设计中不可缺少的工具。
通过建立精确的电路模型，计算机可以仿真出接近实际电路的结果。
2 压控振荡器的设计电路图图2.1 压控振荡器2.1 工作原理压控振荡器的原理电路如上图所示，该电路的输入控制电压位直流电压。
J1为差动积分电路，积分电压由电压V1提供，J 为滞回比较器，它的输出控制着场效应管的导通和截至。
R 5U =-U om 设滞回比较器J 的输出电压为负饱和电压－Uom ，即： TH 2R 5+R 6另一方面通过隔离二极管D1将比较大的负电压加在了场效应管的栅极, 使场效应管进入夹断区而截止, 此时, 积分电路为图2.2。
图2.2 FET 截止图2.3 FET 导通积分电路的电流流向由图可以看出, U+=UI/2, 根据“虚短”的概念,U-=U+=UI/2，再根据“虚断”的概念, 电容器上的充电电流为：U U 1-1=U 1I C =I 1=2R 4R由于输入电压UI 为直流电压, 因此电容器C 为恒流充电, 电容器C 上的电压直线上升, 而A1的输出电压Uo1直线下降, 当Uo1降至R 5-U om R 5+R 6时, 比较器A2翻转为+Uom。
比较器A2的输出电压+Uom, 一方面使比较器的同相端电压为上门限电压, 即 R 5 U TH 1 = -U om R 5+R 6另一方面使隔离二极管D1截止, 此时, 场效应管因栅源电压为零而饱和导通, 其积分电路可等效为图（2.3）U 1U 1由图可知 U 1-=U 1, I ==U 1I =12 2R 4R R 2R根据基尔霍夫定律: Ｉ１＝ＩＣ＋Ｉ２, 那么：U U U I C =I 1-I 2=I -I =-I4R 2 R 4R （1）式（1）中的负号说明实际电容器上的电流与标定方向相反。
电容以UI/(4R)R 5的电流大小放电,UC 直线下降, Uo1直线上升, 当Uo1升至 +U om R +R 56时, 比较器J 翻转为-Uom, 场效应管又截止, 电容器开始充电, 周而复始。
2.2 振荡频率通过以上的分析可知, 差动积分电路的输出电压Uo1是三角波电压, 由于电容器上的充放电电流受到电压ＵＩ的控制, 所以三角波的振荡频率也受外加电压的控制。
du C 由电容器的充电电流表达式： i C =C dtdu C i C =得电容器上的充电速率为： dt C在原理图的压控振荡器电路中, 电容器为恒流充电, 充电电流用ＩＣ表示, 那么电容器上的充电速率为： du C =I Cdt Cdu I 又由式（1）可知, 电容器也是以恒流放电, 其放电的速率仍为： C =Cdt C由图可看出: 积分器A1的输出三角波电压的峰峰值为UP-P ＝UTH1-UTH2, 三角波的斜率即为电容器的充（放）电的速率, 由此可以计算出积分器的输出电压三角波的上升时间Ｔ１为：U TH 1-U TH 2三角波的周期应等于Ｔ１的２倍, 即： T 1=I CU TH 1-U TH 2T =2T 1=2C （2） I C将IC=UI/(4R)代入式（2）得：8(U TH 1-U TH 2) T =RC I I 1f =U 1（3） 8(U TH 1-U TH 2) RC由式（3）可知, 压控振荡器的振荡频率f 与控制电压UI 成正比。
该电路还可以产生矩形波，矩形波的频率和周期与三角波相等。
通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比。
我们要得到方波只需适当改变电容C 的正反向充电时间常数即可。
2.3 压控振荡电路的仿真图当R2阻值为20KΩ时其震荡波形图如下：在输出端利用示波器观察波形，电压表测量输出电压，频率计测量频率。
仿真分析结果如图2.4所示。
频率读数约为135.39Hz 电压表读数约为5.485V 波形没有明显的失真，基本满足要求。
图2.4当R2阻值为40KΩ时其震荡波形图如下：仿真分析结果和分析图分别为如图2.6与图2.7所示。
频率读数约为62.857Hz 电压表读数约为5.485V 波形没有明显的失真。
图2.5误差分析：原因主要是元件参数误差，测量误差以及忽略了二极管的导通电阻等等。
通过对电路的设计和仿真在压控震荡电路部分进行理论计算和实际仿真分析时此设计方案满足课题的要求。
3 频率显示器3.1 频率显示器电路图如下图3.13.2 频率计的基本原理通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N 的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。