实验一 压控振荡器VCO的设计课件
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项目中用到的Agilent公司的晶体管 把搜索出来的器件拉到电路原理图中，按
“Esc”键可以取消当前的动作。 选中晶体管，按可以旋转晶体管，把晶体管安
放到一个合适的位置。
17
选择probe components 类，然后在这个类里面选 择L_Probe并放在适当的位置，同理可以在 “Sources－Time Domain”里面选择V_DC，在 lumped components里面选择R。
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。
18
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。
新建一个电路原理图窗 口
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。
振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定 度，频率的瞬变将产生调频噪声、相位 噪声和相位抖动。振荡幅度的随机起伏 将引起调幅噪声。
7
（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。
8
ADS软件的启动
15
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。
16
偏置电路的设计
在电路原理图窗口中点击，打开Component library
按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口 搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在该
19
采用双电源供电的方法， 设置两个GOAL 来进行两 个偏置电阻的优化，考 虑到振荡器中三极管的 工作状态最好是远离饱 和区，还要满足三极管 1.8GHz时的最佳噪音特 性，所以直流偏置优化 的目标是Ic=10mA，Vcb ＝5.3V，如右图所示。
20
设置接在“C极”上的电阻为600，优化范围为100－ 1000，把电源改为“12V” 。
13
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。
14
管子的选取
设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅 双极管[12]，变容二极管选MV1404。
AT41411的主要指标有： 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪
音系数是1.8dB； 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为
13dB； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；
实验一 压控振荡器VCO的设计
1
（一）实验目的
了解压控振荡器VCO的原理和设计方法 学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化
和仿真。
2
（二）实验内容
了解振荡器的主要技术指标 使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数
进行优化、仿真。 观察不同的参数对VCO工作的影响
3
振荡器三个基本模块
启动ADS进入如下界面
9
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
10
创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
11
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
12
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。
同理，设置接在“E极”上的电阻为400，优化范围为 100－1000，把电源改为“－5V” 。
按“F7”快捷键进行仿真。 在Data Display窗口，就是新出来的窗口中，按LIST键，
选择“R1.R；R2.R”这样就会显示出优化的直流电阻的 数值，如下图所示。
21
可变电容VC特性曲线测试
22
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。
修改电源的属性，使Vdc＝Vbias。 修改S参数的属性，设置单点扫描频率点
1.8GHz，并计算“Z参数”。 修改PARAMETER SWEEP的属性，要求扫描变
量“Vbias” ，选择Simulatuion1“SP1”，扫 描范围为1－10，间隔为0.5。
5ຫໍສະໝຸດ Baidu
（三）振荡器的技术指标p
输出功率与效率
输出谱线纯，纯到只有一根谱线
f
f0
实际输出谱：
描述这个谱的参数有：
频率稳定度 调频噪声和相位噪声
振荡器输出的频谱 6
（三）振荡器的技术指标（续）
频率稳定度是在规定的时间间隔内，频 率准确度变化的最大值。它有两种表示 方法，即绝对频率稳定度和相对频率稳 定度，通常用相对频率稳定度来表示。
1. 晶体管或电真空器件（主要用于高频大功率）（负阻 部件）
2. 谐振回路：决定振荡器的工作频率 因为只有与回路谐振频率一致的交变电磁场才能与电 子进行有效的相互作用。
3. 能量反馈模块（从放大器角度看）
4
振荡器的物理模型
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。如下图所示：
“Esc”键可以取消当前的动作。 选中晶体管，按可以旋转晶体管，把晶体管安
放到一个合适的位置。
17
选择probe components 类，然后在这个类里面选 择L_Probe并放在适当的位置，同理可以在 “Sources－Time Domain”里面选择V_DC，在 lumped components里面选择R。
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。
18
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。
新建一个电路原理图窗 口
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。
振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定 度，频率的瞬变将产生调频噪声、相位 噪声和相位抖动。振荡幅度的随机起伏 将引起调幅噪声。
7
（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。
8
ADS软件的启动
15
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。
16
偏置电路的设计
在电路原理图窗口中点击，打开Component library
按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口 搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在该
19
采用双电源供电的方法， 设置两个GOAL 来进行两 个偏置电阻的优化，考 虑到振荡器中三极管的 工作状态最好是远离饱 和区，还要满足三极管 1.8GHz时的最佳噪音特 性，所以直流偏置优化 的目标是Ic=10mA，Vcb ＝5.3V，如右图所示。
20
设置接在“C极”上的电阻为600，优化范围为100－ 1000，把电源改为“12V” 。
13
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。
14
管子的选取
设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅 双极管[12]，变容二极管选MV1404。
AT41411的主要指标有： 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪
音系数是1.8dB； 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为
13dB； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；
实验一 压控振荡器VCO的设计
1
（一）实验目的
了解压控振荡器VCO的原理和设计方法 学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化
和仿真。
2
（二）实验内容
了解振荡器的主要技术指标 使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数
进行优化、仿真。 观察不同的参数对VCO工作的影响
3
振荡器三个基本模块
启动ADS进入如下界面
9
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
10
创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
11
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
12
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。
同理，设置接在“E极”上的电阻为400，优化范围为 100－1000，把电源改为“－5V” 。
按“F7”快捷键进行仿真。 在Data Display窗口，就是新出来的窗口中，按LIST键，
选择“R1.R；R2.R”这样就会显示出优化的直流电阻的 数值，如下图所示。
21
可变电容VC特性曲线测试
22
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。
修改电源的属性，使Vdc＝Vbias。 修改S参数的属性，设置单点扫描频率点
1.8GHz，并计算“Z参数”。 修改PARAMETER SWEEP的属性，要求扫描变
量“Vbias” ，选择Simulatuion1“SP1”，扫 描范围为1－10，间隔为0.5。
5ຫໍສະໝຸດ Baidu
（三）振荡器的技术指标p
输出功率与效率
输出谱线纯，纯到只有一根谱线
f
f0
实际输出谱：
描述这个谱的参数有：
频率稳定度 调频噪声和相位噪声
振荡器输出的频谱 6
（三）振荡器的技术指标（续）
频率稳定度是在规定的时间间隔内，频 率准确度变化的最大值。它有两种表示 方法，即绝对频率稳定度和相对频率稳 定度，通常用相对频率稳定度来表示。
1. 晶体管或电真空器件（主要用于高频大功率）（负阻 部件）
2. 谐振回路：决定振荡器的工作频率 因为只有与回路谐振频率一致的交变电磁场才能与电 子进行有效的相互作用。
3. 能量反馈模块（从放大器角度看）
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振荡器的物理模型
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。如下图所示：