電(diàn)路板(PCB)设计压控振荡器是关键解决方案

2020-12-18

随着5G的到来，对高带宽的需求空前高涨，并且在家工作的人们比以往任何时候都要多(duō)。幸运的是，现代IC提供了复杂的数字调制方案，以充分(fēn)利用(yòng)这些高带宽通信通道。

尽管如此，压控振荡器仍在帮助设计人员解决与带宽需求相关的问题，它在许多(duō)模拟和RF信号处理(lǐ)系统中越来越多(duō)地使用(yòng)。  

压控振荡器的基本原理(lǐ)

设计工程师可(kě)以利用(yòng)压控振荡器（VCO）改善RF和无線(xiàn)通信应用(yòng)，而不必担心过多(duō)的噪声，高功耗和系统占用(yòng)空间。 

可(kě)以通过研究電(diàn)气领域最常用(yòng)的振荡器LC電(diàn)路来研究振荡器的基本原理(lǐ)。该振荡器的基本功能(néng)是来回交换能(néng)量。

能(néng)量流经電(diàn)容器，然后以電(diàn)场形式存储在极板之间，然后再释放给電(diàn)感器。電(diàn)感器将能(néng)量存储為(wèi)磁场，然后能(néng)够将電(diàn)荷传递回初始電(diàn)容器板，从而重新(xīn)开始该过程-这次，電(diàn)流沿相反方向流动。

这种振荡器的一个缺点是其设计灵活性有(yǒu)限：设计人员无法在不增加附属電(diàn)路的情况下控制输出信号。 

由于已知振荡器是自主的非線(xiàn)性電(diàn)路，因此产生可(kě)控变化将立即改变游戏规则是有(yǒu)意义的。对可(kě)控解决方案的需求导致了压控振荡器（VCO）的产生。VCO设计為(wèi)输出可(kě)通过输入電(diàn)压控制的周期性信号。 

VCO的类型

振荡器分(fēn)為(wèi)两类：调谐的和未调谐的。调谐振荡器在反馈路径内使用(yòng)频率选择電(diàn)路，并产生正弦信号。另一方面，未调谐的振荡器可(kě)避免环路辅助電(diàn)路，并产生非線(xiàn)性信号（三角形，锯齿形，正方形）。

LC，RC和SC電(diàn)路属于调谐类别的振荡器，在经典力學(xué)中也称為(wèi)谐波振荡器。 

诸如张弛振荡器之类的未调谐振荡器在高开关電(diàn)流和充電(diàn)電(diàn)流的情况下表现出对噪声敏感的重复性行為(wèi)。由于调谐振荡器尺寸大且缺少高质量的无源電(diàn)感器，因此很(hěn)难将其集成到系统中。

在基于谐波和基于张弛的振荡器中改变频率也很(hěn)难改变输出。对于设计人员来说，VCO是一个有(yǒu)用(yòng)的解决方案。

无線(xiàn)通信中使用(yòng)的VCO

在收发器上集成VCO进行无線(xiàn)通信将需要外部谐振器，以增强无線(xiàn)通道。 

VCO在锁相环（PLL）中工作良好，锁相环是一种生成具有(yǒu)固定参考信号的信号的控制系统。由于其紧凑的尺寸，许多(duō)设计人员都希望将环形振荡器用(yòng)于PLLS中以用(yòng)于数字时钟生成和数据恢复。但是，环形振荡器不稳定，会很(hěn)快耗散能(néng)量。这些振荡器将需要在输入阶段进行监控，这意味着增加了组件和成本。 

请记住，由于VCO要求高功耗，较大的调谐范围和外部分(fēn)立组件，因此它们将导致更大的设计尺寸。

ADI公司推出四频带VCO

ADI公司（ADI）最近推出了一系列四频VCO，以说明VCO的一些核心原则，这些四频VCO可(kě)以為(wèi)RF和微波应用(yòng)提供宽带功能(néng)，降低噪声和降低功耗。

ADI的四种新(xīn)型窄带VCO包括HMC8364、8362和8074。这些器件在高密度情况下具有(yǒu)优势，因為(wèi)它们由砷化镓组成。每个解决方案都配备了谐振器，负電(diàn)阻器件和压控变容二极管。 

ADI公司似乎试图通过新(xīn)系列的VCO解决当前振荡器的关键挑战。例如，就尺寸而言，占位面积為(wèi)6 mm x 6 mm，不需要外部匹配组件。ADI公司还表示，这些器件消耗的功率很(hěn)小(xiǎo)，并且可(kě)以阻止带有(yǒu)内置谐振器的噪声进入系统。