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2024年VCO（压控振荡器）市场发展现状1. 简介VCO（Voltage Controlled Oscillator）是一种能够产生频率可调的信号的设备。
它广泛应用于无线通信、雷达、军事和工业领域等多个行业。
VCO市场因其在以上领域的重要作用，正处于不断发展和壮大阶段。
2. 市场规模VCO市场在过去几年中取得了显著的增长。
根据市场调研机构的数据显示，2019年全球VCO市场规模达到了XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元。
主要推动市场增长的因素包括通信技术的快速发展、智能手机的普及以及无线网络的扩展。
3. 市场驱动因素3.1 通信技术的快速发展随着5G通信技术的商用化进程加速，对高性能射频设备的需求不断增加。
VCO作为射频信号源模块中的核心组成部分，其稳定性和调频范围将对通信系统的性能起到关键的作用。
因此，在通信技术的快速发展推动下，VCO市场将继续保持增长态势。
3.2 智能手机的普及智能手机的广泛应用也推动了VCO市场的发展。
随着智能手机功能的不断增强，对射频部件的需求也在不断增加。
VCO作为智能手机的关键组成部分，其性能和稳定性对手机信号的质量和覆盖范围有着直接的影响。
因此，随着智能手机市场的扩大，VCO市场也将得到进一步发展。
3.3 无线网络的扩展无线网络的快速普及和扩展也对VCO市场起到了推动作用。
随着无线网络技术的进步，对高稳定性的射频信号源的需求也与日俱增。
VCO作为射频信号源的核心设备之一，对提供高质量信号起着重要作用。
因此，随着无线网络的不断扩展，VCO市场也将继续增长。
4. 市场竞争格局目前，全球VCO市场竞争激烈，主要厂商包括SiTime、Crystek Corporation、Epson Electronics America Inc.、ON Semiconductor等。
这些厂商在稳定性、调频范围、价格等方面不断推出创新产品，以满足市场需求。
此外，VCO市场还存在一些挑战。
压控振荡器（VCO）的主要指标包括：
1. 频率：振荡器的输出信号的重复率，以赫兹（Hz）为单位，即每秒所包含的周期数。
频率稳定性是振荡器的基本性能指标之一，参考额定输出频率通常以百万分率（parts per million，ppm）或十亿分率（parts per billion，ppb）计。
2. 调谐范围：调节输出频率的变化范围，即振荡器的最大调谐频率和最小调谐频率的差值。
压控振荡器要有足够大的调谐范围才能满足输出频率达到所需要的值。
3. 调谐增益：即压控振荡器的灵敏度，是指单位的输入电压与输出频率的变化，一般用Kv表示，单位是Hz/V。
在实际应用上讲，压控器的灵敏度越高，噪声响应在控制线路上越强，结果干扰输出频率就越大，就会使压控振荡器的噪声性能降低。
所以需要寻找VCO的增益和噪声性能的平衡。
除此之外，压控振荡器的中心频率指的是频率调节范围的中间值，即振荡器频率的最大值和最小值的中间值，中心频率的大小取决于振荡器的结构和元器件参数，而且还随着工艺和温度相应改变。
以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
压控制振荡器设计报告一、引言压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）是一种电子振荡器，用于产生具有可调频率的连续波形。
VCO在通信系统、频率合成器、调频调相调幅设备等领域广泛应用。
本报告旨在设计一种基于压控制振荡器的电路，实现频率可调的连续波形输出。
二、设计原理1.振荡器核心部分：振荡器核心部分采用LC谐振电路或RC谐振电路。
当输入的信号幅度和频率满足振荡器稳定条件时，振荡器可以产生连续波形输出。
其中，频率由LC谐振电路的电感和电容值决定，或者由RC谐振电路的电阻和电容值决定。
2.频率调节器：频率调节器通过对振荡器核心电路进行正反馈增益调整，使得振荡器输出的频率可以根据输入的电压进行调节。
常用的频率调节器包括：电阻调节器、电容调节器和电感调节器。
3.输出级：输出级用于放大振荡器核心电路产生的波形，并驱动输出负载。
输出级一般由放大器和输出缓冲电路组成。
三、设计步骤根据以上设计原理，压控制振荡器的设计步骤如下：1.选择振荡器核心电路：根据设计需求选择适合的LC谐振电路或RC谐振电路作为振荡器核心电路。
LC谐振电路适用于高频率振荡器设计，而RC谐振电路适用于低频率振荡器设计。
2.设计频率调节器：根据输入电压和输出频率之间的关系，设计合适的频率调节器。
可以根据实际需求选择电阻调节器、电容调节器或电感调节器。
3.设计输出级：根据输出负载的要求，设计合适的放大器和输出缓冲电路。
输出级应能够实现对振荡器核心电路产生的波形进行放大，并具有足够的驱动能力。
四、实验结果在实际设计中，我们选择了LC谐振电路作为振荡器核心电路，电阻调节器作为频率调节器，放大器和输出缓冲电路作为输出级。
我们通过仿真和实验验证了设计的可调频率的连续波形输出，并测试了输出波形的稳定性和驱动能力。
仿真结果显示，我们设计的压控制振荡器在不同输入电压下可以产生相应频率的连续波形输出，频率调节范围满足设计要求。
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。
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3.15.2所⽰：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：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。
一种宽调频高频LC VCO的设计
压控振荡器可分为环路振荡器和LC振荡器。
环路振荡器易于集成，但其相位噪声性能比LC振荡器差。
为了使相位噪声满足通信标准的要求，这里对负阻LC压控振荡器进行了分析，利用安捷伦公司的ADS软件设计了一款性能优异的压控振荡器，并对其进行仿真验证。
1 电路原理及设计
1.1 buffer的设计
射极跟随器(又称射极输出器，简称射随器或跟随器)是一种共集(Common Collector)接法的电路，如图l所示。
它从基极输入信号，从射极输出信号。
其输入阻抗高，对前级电路影响小，可作为多级放大器的第1级;输出阻抗低，带负载能力强，可作为多级放大器的输出级。
由于其上述2个特点，可以在多级放大器里用作缓冲级。
信号从发射极输出的放大器。
其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1，带负载能力强，也可认为是一种电流放大器，常用于阻抗变换和级间隔离。
三极管按共集方式连接，即基极与发射极共地，基极输入，发射极输出，亦称为共集电极放大器。
动态电压放大倍数小于1且接近1，且输出电压与输入电压同相，但输出电阻低，具有电流放大作用，因此具有功率放大作用。
ADS设计压控振荡器VCO引言：在无线通信系统和射频电路中，压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)是一个关键的组件，常用来产生射频信号的频率。
在过去，VCO的设计主要采用传统的手工设计方法，这种方法存在效率低、耗时长、成本高等问题。
随着计算机软件的发展，先进设计软件(Advanced Design System, ADS)的使用，可以极大地提高VCO的设计过程的效率和精确度。
本文将使用ADS来设计一个压控振荡器，并介绍设计的步骤与方法。
1.设计规格：在进行VCO的设计之前，需要明确设计所需的规格和要求。
规格包括振荡频率范围、输出功率、频率调谐范围、相位噪声等。
以一个短波FM 调频收音机的压控振荡器为例，规格如下：-振荡频率范围：88MHz至108MHz-输出功率：10dBm-频率调谐范围：±30kHz2.基本设计步骤：a.选择合适的振荡电路拓扑在设计VCO时，需要选择适合应用的振荡电路拓扑。
常见的振荡电路拓扑包括Colpitts振荡器、Hartley振荡器、Clapp振荡器等。
选择适合的振荡电路拓扑可以满足设计规格并降低设计复杂度。
b.选择合适的振荡器元件和参数根据规格要求，选择合适的元件，如电容、电感和晶体管等。
同时，确定振荡器的参数，如电感值、电容值、稳压电源等。
这些参数的选择与规格要求和电路拓扑有关。
c.设计反馈网络振荡器的稳定性要求设计一个合适的反馈网络。
反馈网络可以提供适当的相移和放大来使振荡器产生振荡。
反馈电容和电感的选择要根据设计规格和稳定性要求进行。
d.电压控制和频率调谐电路设计VCO的特点是其输出频率可以通过调整输入电压来实现调谐。
设计电压控制和频率调谐电路，以实现规定的频率调谐范围和线性度。
3.ADS模拟仿真设计将以上设计步骤导入ADS软件中进行模拟仿真设计。
ADS提供了丰富的电路设计小工具和分析工具，可以进行电路拓扑优化、参数调整、稳定性分析、相位噪声分析等多种分析。
压控振荡器（VCO）频率精度的自动调试摘要：在雷达系统等微波系统中，广泛使用压控振荡器(VCO)可调谐源，通常要求在宽频带范围和宽温度范围内，保证压控振荡器输出的高频率精度要求。
并且在宽频带范围和宽温度范围内对压控振荡器频率精度进行调试，其测试点通常在10万点以上，再加上数据采集和数据处理，如此大的工作量人工测试已无法胜任。
本文探讨了压控振荡器频率精度的自动调试方法，既能满足压控振荡器的频率精度要求，又能保证调试过程的高效率。
关键词：压控振荡器(VCO)；可调谐源；自动调试1 引言在跳频雷达系统、电子战系统和无线通信系统中，都会使用压控振荡器（VCO）等可调谐源作为系统的小功率微波源。
压控振荡器一般要求在宽频带上可调谐，在个别系统中频率的调谐范围要求在10GHz以上。
若系统输出的频率精度要求在MHz级别，则在常温下该系统压控振荡器的测试点在1万点以上。
再考虑压控振荡器在宽温度范围（如-50℃～70℃）输出的频率精度控制，按常规的10℃间隔进行测试，则压控振荡器的测试点需增加12倍，总测试点在13万个测试点以上。
如此多的测试点，再加上数据采集与数据处理，必须依靠自动化测试技术才能完成系统的调试工作。
2 基于压控振荡器的可调谐源2.1 可调谐源的组成可调谐源由微波电路和调谐电路组成。
微波电路中的重要器件是压控振荡器，当单个压控振荡器不能满足频率带宽的要求时，可以使用多个压控振荡器，并增加倍频器和微波开关，扩展微波电路部分的整体带宽输出。
调谐电路部分主要由STC15W4K32S4单片机、DS18B12温度传感器、两片W27C020电可擦除存储器、AD7245数模转换器和AD845运算放大器组成。
电可擦除存储器的存储容量为256K×8bit，地址位18位A0～A17，数据位8位D0～D7。
其中，地址位的低14位为频率码，高4位是温度码。
本文选用12位的数模转换器，电压输出（0～10）V，最小有效调谐电压为2.44mV。
实验一：压控振荡器VCO的设计实验目的：1、了解压控振荡器VCO的原理和设计方法2、学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化和仿真。
实验内容：1、了解振荡器的主要技术指标。
2、使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数进行优化、仿真。
3、观察不同的参数对VCO工作的影响。
实验步骤：一、偏置电路的设计1、建立工程文件Oscillator，命名为yakong。
建立一个原理图窗口，命名为pz。
2、在原理图窗口打开Component library，选择采用HP 公司生产的AT41411 硅双极管[12]，在probe components 中选择L_Probe，在Sources－Time Domain中选择V_DC，在lumped components中选择R。
3、设置两个GOAL和一个OPTIM以及一个DC。
4、连好电路图1如下图所示，设置电路节点，设置好电路元件参数（如下），然后进行仿真，结果如下：由此得出后面原理图所用数据R1=385.406，R2=620.792图1二、可变电容VC特性曲线测试1、新建一个电路原理图窗口，命名为kbdr。
2、设置一个Term，一个S-PARAMETE，一个PARAMETER SWEEP，一个V AR，在Component library选择型号为MV1404的变容管。
3、修改电源的属性，修改S参数的属性，修改PARAMETER SWEEP的属性，设置V AR中的参数。
4、连好电路图（如下图2所示），然后仿真，在Date Display中按要求设置输出方式，结果如下图2所示。
图2三、瞬态仿真电路图1、在新原理图窗口，命名为stfz。
2、调出元器件连接电路图如下图3所示，设置Transient Simulation 仿真器仿真从0 到30nsec ，max tim estep=0.01nsec，其他元器件参数如下图，设置一个Transient ，添加V out节点。
3、然后仿真优化，由于VCO的振荡频率由变容二极管所在的谐振网络的谐振频率决定，经计算得到当变容二极管的电容为8.25pF时，谐振频率为1.8GHz，查看图2由VC曲线可以看到实验设计对应的二极管直流偏置电压大概3.5-4.0V之间，这里我们取Vdc=3.65V，如下图3所示。
应用ADS 设计VCO1.振荡器的基本知识和相关指标1.1振荡器的分类：微波振荡器按器件来分可以分为：双极晶体管振荡器；场效应管振荡器；微波二极管(踢效应管、雪崩管等)振荡器。
按照调谐方式分可以分为：机械调谐振荡器；偏置调谐振荡器；变容管调谐振荡器；YIG 调谐振荡器；数字调谐振荡器；光调谐振荡器。
1.2 振荡器的主要指标：① 振荡器的稳定度：这里面包括：频率准确度、频率稳定度、长期稳定度、短期稳定度和初始漂移。
频率准确度是指振荡器实际工作频率与标称频率之间的偏差。
有绝对频率准确度和相对频率准确度两种方法表示。
绝对频率准确度：)(0Hz f f f -=∆其中f －实际工作频率；0f －标称频率。
相对频率准确度式绝对频率准确度与标称频率准确度的比值，计算公式为：)(000Hz f f f f f -=∆ ② 频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值，也有两种表示方法：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。
频率稳定度还可以分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度。
③ 调频噪音和相位噪音：在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。
振荡频率的随机起伏称为瞬间频率稳定度，频率的瞬间变化将产生调频噪音、相位噪音和相位抖动。
振荡幅度的随机欺负将引起调幅噪音。
一次，振荡器在没有外加调制时，输出的频率不仅含振荡频率f 0，在f 0附近还包含有许多旁频，连续分布在f 0两边。
如下图所示，纵坐标是功率，f 0处是载波，两边是噪音功率，包括调频噪音功率和调幅噪音功率。
图1正弦信号的噪声边带频谱图2 相位噪声的定义如图2所示，（单边带）相位噪声通常用在相对于载波某一频偏处，相对于载波电平的归一化1Hz带宽的功率谱密度表示（dBc/Hz）。
1.3振荡器的物理模型下图所示的是振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。
图3本节论述的振荡器采用共基极反馈振荡器，这种类型的振荡器的物理模型如下图所示。
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。
分类分类VCO根据他产生的波形分为：1) 谐波振荡器（harmonic oscillators）；2) 张弛振荡器（relaxationoscillators.）VCO根据他的结构分为：1)LC压控振荡器；2) RC压控振荡器；3)晶体压控振荡器主要性能主要性能VCO的性能指标主要包括:1）频率受控范围；2）线性度；3）压控灵敏度；4）调制带宽；5）噪音；6）工作电压。
频率调谐范围，输出功率，(长期及短期)频率稳定度，相位噪声，频谱纯度，电调速度，推频系数，频率牵引等。
频率调谐范围是VCO的主要指标之一，与谐振器及电路的拓扑结构有关。
通常，调谐范围越大，谐振器的Q值越小，谐振器的Q值与振荡器的相位噪声有关，Q值越小，相位噪声性能越差。
振荡器的频率稳定度包括长期稳定度和短期稳定度，它们各自又分别包括幅度稳定度和相位稳定度。
长期相位稳定度和短期幅度稳定度在振荡器中通常不考虑;长期幅度稳定度主要受环境温度影响，短期相位稳定度主要指相位噪声。
在各种高性能、宽动态范围的频率变换中，相位噪声是一个主要限制因素。
在数字通信系统中，载波信号的相位噪声还要影响载波跟踪精度。
其它的指标中，振荡器的频谱纯度表示了输出中对谐波和杂波的抑制能力；推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化；频率牵引则表示了负载的变化对振荡频率的影响；电调速度表示了振荡频率随调谐电压变化快慢的能力。
在压控振荡器的各项指标中，频率调谐范围和输出功率是衡量振荡器的初级指标，其余各项指标依据具体应用背景不向而有所侧重。
例如，在作为频率合成器的一部分时，对VCO 的要求，可概括为一下几方面:应满足较高的相位噪声要求；要有极快的调谐速度，频温特性和频漂性能要好；功率平坦度好；电磁兼容性好。
微带压控振荡器设计与仿真微带VCO的基本结构由振荡电路和控制电路两部分组成。
振荡电路采用谐振回路作为频率决定元件，其中包含集总电感和分布电容。
而控制电路则用来调节振荡电路的谐振频率，控制电路的输入为电压信号。
通过调节输入的电压信号，可以实现对VCO输出频率的控制。
以下是一种传统的微带VCO的设计与仿真：首先，在设计VCO之前，需要确定设计所需的频率范围。
假设需要设计一个频率范围为1GHz到2GHz的微带VCO。
其次，根据设计频率范围，选择合适的振荡电路结构。
常用的微带VCO结构有RLC型、谐振型和反馈型等。
其中，RLC型VCO结构相对简单，适合低频振荡；谐振型VCO结构适用于高频振荡；反馈型VCO结构具有较广的频率范围。
根据设计频率范围和应用场景的需求，选择合适的VCO结构。
接着，进行VCO的振荡电路设计。
根据所选VCO结构，确定振荡电路中的谐振元件和调谐元件的参数。
常见的谐振元件包括集总电感和分布电容，调谐元件一般使用二极管或变容二极管。
根据设计需求和所选元件的特性参数，计算谐振元件和调谐元件的参数数值。
设计过程中需要注意谐振元件和调谐元件的选择和布局，以及回路的稳定性。
然后，设计VCO的控制电路。
控制电路的设计一般包括反馈环结构和控制电路的输入、输出。
通过反馈环结构，将VCO的输出信号作为反馈信号输入到控制电路中，与输入信号相比较，调整输出频率。
控制电路的输入一般为电压信号，可以通过外接的电压源或可编程电流源来实现。
控制电路的输出用来调整谐振元件或调谐元件的参数。
最后，进行VCO的仿真。
利用电磁仿真软件（如ADS、CST等）对VCO的振荡电路进行仿真，检查其性能指标是否满足设计需求。
常见的性能指标包括频率范围、相位噪声、功耗等。
综上所述，微带VCO的设计与仿真是一个相对复杂的过程，需要充分考虑设计需求、元件选择、回路布局、控制电路设计以及仿真验证等因素。
只有经过仔细的设计和仿真，才能确保微带VCO的性能指标满足实际应用需求。
压控振荡器（VCO）设计1、基本要求：z振荡频率30~50MHz；z频率可以连续调整；z用三极管和变容管二极管实现，而不能使用集成芯片；z写出原理分析、设计报告及调试记录2、扩展要求：z采用其他类型的设计电路，设计方法z扩大频率调节的范围z提高频率的稳定度一、振荡电路基础振荡电路是在放大器的输入即使不加信号是，放大器也处于持续输出一定频率和振幅信号的状态。
1、正反溃增益为A 的放大器输入Vout1）、起振的条件对于电路增益1A G A β=−，要求1A β=；反馈信号与输入信号同相位2、选频网络增益为A的放大器输入Vout振荡器的振荡频率由选频网络确定。
3、选频网络正弦波振荡器按选频网络的不同一般可以分为三类：z RC振荡器：振荡频率一般小于1MHz，Q值较小z LC振荡器：振荡频率一般大于MHz, Q值较大z石英晶体振荡器：振荡频率精确，Q值最大且频率稳定性较好，但频率可调范围小，几乎不可调。
综上所述，我们选择使用LC振荡器，来实现该振荡电路的设计。
4、LC振荡电路LC振荡电路一般有三种形式：变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。
三点式振荡器是指LC回落的3个端点与晶体管的3个电极分别连接而组成的一种振荡器。
电容三点式振荡器：又称Colpitts振荡器。
其优点是电容对高次谐波呈现较小的阻抗，反馈信号中高次谐波分量小，故振荡输出波形好。
考毕兹电路缺点是通过改变电容来调节振荡频率的时候，同时会改变正反馈量的大小，因而会使输出信号的幅度发生变化，甚至会使振荡器停振。
所以电容三点式振荡的电路频率调节不方便，适用于频率调节范围不大的场合。
电感三点式振荡器：又称Hartley 振荡器。
优点是容易起振，改变谐振回路的电容可以方便的调节振荡频率。
哈脱莱电路缺点是：由于反馈信号取自电感两端，而电感对高次谐波呈现高阻抗，故不能抑制高次谐波的反馈，因此振荡器输出信号的高次谐波成分较大，信号波形较差。
改进型的电容三点式振荡器：又称克拉泼振荡器。
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。
应用ADS 设计VCO1.振荡器的基本知识和相关指标1.1振荡器的分类：微波振荡器按器件来分可以分为：双极晶体管振荡器；场效应管振荡器；微波二极管(踢效应管、雪崩管等)振荡器。
按照调谐方式分可以分为：机械调谐振荡器；偏置调谐振荡器；变容管调谐振荡器；YIG 调谐振荡器；数字调谐振荡器；光调谐振荡器。
1.2 振荡器的主要指标：① 振荡器的稳定度：这里面包括：频率准确度、频率稳定度、长期稳定度、短期稳定度和初始漂移。
频率准确度是指振荡器实际工作频率与标称频率之间的偏差。
有绝对频率准确度和相对频率准确度两种方法表示。
绝对频率准确度：)(0Hz f f f -=∆其中f －实际工作频率；0f －标称频率。
相对频率准确度式绝对频率准确度与标称频率准确度的比值，计算公式为：)(000Hz f f f f f -=∆ ② 频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值，也有两种表示方法：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。
频率稳定度还可以分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度。
③ 调频噪音和相位噪音：在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。
振荡频率的随机起伏称为瞬间频率稳定度，频率的瞬间变化将产生调频噪音、相位噪音和相位抖动。
振荡幅度的随机欺负将引起调幅噪音。
一次，振荡器在没有外加调制时，输出的频率不仅含振荡频率f 0，在f 0附近还包含有许多旁频，连续分布在f 0两边。
如下图所示，纵坐标是功率，f 0处是载波，两边是噪音功率，包括调频噪音功率和调幅噪音功率。
图1正弦信号的噪声边带频谱图2 相位噪声的定义如图2所示，（单边带）相位噪声通常用在相对于载波某一频偏处，相对于载波电平的归一化1Hz带宽的功率谱密度表示（dBc/Hz）。
1.3振荡器的物理模型下图所示的是振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。
图3本节论述的振荡器采用共基极反馈振荡器，这种类型的振荡器的物理模型如下图所示。
图4图5电路组态在微波频率范围内的低频端，常应用集中元件构成振荡器，基本的振荡器电路组态有三种：考毕兹型、哈特莱型及克拉泼型振荡器。
如图5所示。
考毕兹型(a)应用一电容器作为调谐电路中的分压器，以提供适当的回授能量。
哈特莱型(b)应用一抽头式电感调谐电路，而克拉泼型振荡器(c)则相似于考毕兹型，不同的式另外用了一只电容与电感相串连，以改善频率稳定性。
在较高的微波频段内，晶体管的极间电容、包括封装寄生电容可提供部分或者全部的回授作用。
另外加入反馈网络的目的，则在于增加负阻电阻值，以获得最佳功率输出。
振荡器的直流偏置：微波双极晶体管、场效应晶体管偏置电路的设计如同振荡器的射频电路设计一样重要。
因为它关系到微波振荡的稳定性、相位噪音、功率、效率的高低，故应当正确设计偏置电路，并选择最佳直流工作点，以达到最高的射频性能。
设计的原则取决于应用。
例如用作低噪声振荡器：采用硅双极晶体管时Vce可以在5－10V、Ice可在3－8mA内选择；采用砷化镓场效应管时VDS大概为3.5V，IDS 大概为8－10mA，一般选择相当低的漏源电压VDS和电源IDS。
1.4微固态振荡源的设计方法微固态振荡源的传统设计方法，是设计者从给定的技术指标出发，选择振荡器件及电路形式，按简化的等效电路或图解方法，按照现有的设计资料或者以往的经验，初步设计制成电路，调测其特性，然后根据所测性能与技术要求进行比较。
如果不满足给定指标，再修改电路直到满足要求为止。
而引入了微波电路设计CAD后，这个过程可以作出适当的调整，调整为：定模、分析、最优化。
2 设计目标设计一个VCO，要求工作在2.3GHz左右，带宽为400MHz左右。
3硅双极性管等效模型分析模型本节的振荡器采用HP公司生产的AT41411硅双极管。
主要的指标有：低噪音特性：1GHz时噪音系数是1.4dB；2GHz时噪音系数是1.8dB；高增益：1GHz是增益为18dB；2GHz时增益为13dB；截至频率是：7GHz，有足够宽的频带；直流偏置：Vce＝8V；Ic＝10 mA封装形式：STO143因为该振荡器工作的频率有2GHz这么高，这个时候晶体管之间的结电容和封装管子引入的引线电感和分布电容就必须要考虑了。
图6是双极性硅管的高频信号模型，具体的典型参数值在后表。
图7是考虑了封装后的双极性硅管的高频信号模型，具体的典型参数值也见后表。
由于这些参数HP公司是没有提供的，只提供了S参数，所以我们不能用这种小信号模型来做仿真，只能利用这些小信号模型来估算振荡器其他部件的参数值。
HP_AT41411在ADS的器件库里面带有，可以直接使用。
图6图7符号元件名典型值Re2 发射极扩展电阻8.6 ohm表1 硅双极管管芯等效电路元件典型值4 确定实际电路图8是本节振荡器采用的具体电路，其电路结构如图9所示图8图9把结电容和封装电感、电容考虑进去后，振荡器的谐振回路等效为图10所示，这样需要设计的只有：偏置电路、变容管的VC特性和振荡器的调试以及相位噪音分析。
图10 谐振回路等效电路5 具体设计过程5.1创建一个新项目◇启动ADS◇选择Main windows◇菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名◇点击“ok”这样就创建了一个新项目。
◇点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计振荡器。
5.2偏置电路设计◇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_A T41411”这就是我们在该项目中用到的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。
◇在中选择probe components 类，然后在这个类里面选择并安放在适当的位置，同理可以在“Sources－Time Domain”里面选择，在lumped components里面选择，并按照图11放好。
◇在optim/stat/Yield/DOE类里面选择，这里需要两个，还有一个◇在Simulation－DC里面选择一个◇上面的器件和仿真器都按照下图11放好，并单击连好线◇按这时会出现一个这样的对话框，输入你需要的名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自动给电路接点定义名字，如图11所示定义“Vcb”，“Veb”节点名称图11直流偏置计算◇双极，把该I_Probe的名称改为ICC◇同样，另外一个接晶体管S极的I_Probe改为“IEE”◇双击其中一个并修改里面的内容，如图12所示图12◇双击另外一个，并修改里面的内容如图13所示图13◇双击并把里面的Optimization Type修改为“Gradient”类型◇把接在“C极”上的电阻改为，把电源改为“12V”◇把接在“S极”上的电阻改为，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，按键，会选择“R.R1；R.R2”这样就会显示出优化的直流电阻的数值，如图14所示。
图145.3变容管测量◇新建一个电路原理图窗口◇如上面的做法一个，建立如图15所示的电路图，其中“Term”、“S-PARAMETE”、“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。
图15 可变电容VC曲线测量◇按并双击它，修改里面的项目，定义一个名为：“Vbias”的变量◇修改电源的属性，把Vdc改为“Vbias”◇双击，并修改属性，要求单点扫描频率点2.3GHz，并计算“Z参数”◇双击，并修改属性，要求扫描变量“Vbias”，选择Simulatuion1“SP1”◇按“F7”进行电路仿真。
◇在“Date Display”按，并在对话框里编辑公式为：◇按，并单击“advance”选项，把“C_Varactor”输入对话框里面，点击“确定”就可以显示如图16所示的曲线。
图16 VC曲线◇按，同样单击单击“advance”选项，把“C_Varactor”输入对话框里面，点击“确定”就可以显示如图17所示的表格。
图17利用该VC曲线，结合硅双极管的管芯模型和封装模型，按照典型值，利用等效谐振图可以计算出该振荡器的谐振频率在反馈电感为0.2nH级这个数量级的时候，振荡频率为4.0GHz左右，考虑到该模型只有定性参考价值，所以确定该振荡器结构，并可以在仿真过程中，不断的修改和优化电路参数，使得振荡器达到设计要求。
5.4振荡器瞬时仿真利用Transient Simulation仿真器可以做振荡器的瞬时仿真，看到实时波形。
◇新建一个电路原理图文件◇在这张电路原理图中，按照上面的方法，建立如图18所示的电路图图18振荡器电路原理图注意：记得要添加“V out”这个节点名称，还有假如器件找不到的，在器件库里面查找，具体情况可以参考查找“晶体管”一节。
◇在“Simulation－Transient”类里面找到瞬时仿真器，并双击修改里面的参数，如下图19所示。
其中“star time”表示开始仿真的时间；“stop time”表示结束仿真的时间，“MaxTimeStep”表示最大的抽样时间，这里按照抽样定理对最大的抽样时间是有要求的，具体的算法和介绍可以参考ADS的帮助文档，在文档里面查找“Transient“就可以了。
图19 瞬时仿真器配置◇按“F7”开始仿真◇在出来的“Data Display”窗口里面，按，选择“Vout”按确定，这样就可以看到“Vout”点的瞬时波形，按，并“new”一个新的“Marker”，在“V out”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20所示。
图20◇按，编辑公式：这表示要对“Vout”在“Marker”m1，m2之间进行一个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是m1和m2之间的频谱。
◇按，在“advanced”里面加入“Spectrum”点击“OK”就可以看到m1和m2之间的频谱分量，加入“marker”m3就可以知道振荡器大概振荡的频率。
如图21所示。
图20 m1，m2之间的频谱5.5振荡器的谐波平衡仿真◇新建一个电路原理图或者就在“Transient仿真电路图”里面，把电路原理图改为如下图21所示的电路图图21 谐波平衡仿真的电路图这和瞬时仿真唯一不同的就是多加入了一个“OscPort”器件在反馈网络和谐振网络之间，这是谐波平衡法仿真相位噪音的需要，具体的情况可以参考ADS的帮助文档，查找“OscPort”就可以看到很具体的帮助信息。
