一種寬調(diào)頻高頻LC VCO的設(shè)計(jì)

壓控振蕩器可分為環(huán)路振蕩器和LC振蕩器。環(huán)路振蕩器易于集成，但其相位噪聲性能比LC振蕩器差。為了使相位噪聲滿足通信標(biāo)準(zhǔn)的要求，這里對(duì)負(fù)阻LC壓控振蕩器進(jìn)行了分析，利用安捷倫公司的ADS軟件設(shè)計(jì)了一款性能優(yōu)異的壓控振蕩器，并對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 電路原理及設(shè)計(jì)

1.1 buffer的設(shè)計(jì)

射極跟隨器(又稱射極輸出器，簡(jiǎn)稱射隨器或跟隨器)是一種共集(CommON Collector)接法的電路，如圖l所示。它從基極輸入信號(hào)，從射極輸出信號(hào)。其輸入阻抗高，對(duì)前級(jí)電路影響小，可作為多級(jí)放大器的第1級(jí);輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可作為多級(jí)放大器的輸出級(jí)。由于其上述2個(gè)特點(diǎn)，可以在多級(jí)放大器里用作緩沖級(jí)。信號(hào)從發(fā)射極輸出的放大器。其特點(diǎn)為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大系數(shù)略低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，也可認(rèn)為是一種電流放大器，常用于阻抗變換和級(jí)間隔離。三極管按共集方式連接，即基極與發(fā)射極共地，基極輸入，發(fā)射極輸出，亦稱為共集電極放大器。動(dòng)態(tài)電壓放大倍數(shù)小于1且接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，但輸出電阻低，具有電流放大作用，因此具有功率放大作用。

圖2是對(duì)buffer隔離作用的仿真。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)：壓控振蕩器與外部電路相接時(shí)，外部電路阻抗的變化不會(huì)對(duì)壓控振蕩器的阻抗產(chǎn)生影響。

1.2 電路原理及設(shè)計(jì)仿真

壓控振蕩器按構(gòu)成原理可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器2大類。這里采用負(fù)阻型振蕩器，其主要是由負(fù)阻器件和諧振回路組成的振蕩器，利用負(fù)阻器件的負(fù)電阻效應(yīng)與諧振回路中的損耗正電阻相抵消，維持諧振回路的穩(wěn)定振蕩。圖3為壓控振蕩器電路。

圖3中VQ5，VQ6管的負(fù)跨導(dǎo)可以補(bǔ)償振蕩中的電路損耗，為振蕩提供能量?？刂齐妷篤r控制變?nèi)荻O管電容的變化，以達(dá)到控制振蕩頻率的目的。VQ5和VQ6尺寸相同，交叉耦合，忽略溝道調(diào)制效應(yīng)和體效應(yīng)等二階效應(yīng)，可得到其等效電路，如圖4所示。

由于Vce5=Vbe6，Vce6=Vbe5，在振蕩平衡時(shí)，A、B兩點(diǎn)的電壓幅度對(duì)稱相等，得Vce5=Vce6，則VQ5的集電極到發(fā)射極(即AM兩端)的交流等效電導(dǎo)為：

式中，gmVbe5前面加負(fù)號(hào)的原因?yàn)椋捍穗娏髟丛龃髸r(shí)Vce5是減少的?；?jiǎn)式(1)可得：

這是一個(gè)負(fù)電導(dǎo)。正電阻吸收能量，負(fù)電阻提供能量，而此處VQ5的集電極到發(fā)射極的負(fù)電導(dǎo)表示晶體管提供能量轉(zhuǎn)換，將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流能量。同理，VQ6的集電極到發(fā)射極(即BM兩端)的等效電導(dǎo)為-gm。則單端口網(wǎng)絡(luò)AB的輸入電阻是VQ5、VQ6兩端發(fā)射極輸出電阻的串聯(lián)，即

當(dāng)由單端口網(wǎng)絡(luò)提供的負(fù)阻Rm等于并聯(lián)諧振回路的電阻時(shí)，負(fù)阻提供的能量補(bǔ)充了并聯(lián)諧振電路的損耗，則振蕩維持。振蕩器的諧振頻率等于并聯(lián)諧振頻率，其輸出頻率為：

利用安捷倫公司的ADS軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，從圖5可看出壓控振蕩器在控制電壓為1.98～3.98 V變化時(shí)，振蕩器調(diào)諧范圍為1.14～1.18GHz。圖6為壓控振蕩器電路版圖。