压电控制振荡电路设计与仿真--毕业设计

微带压控振荡器设计与仿真蒋本林(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900)摘要：介绍了S波段微带压控振荡器的设计方法，并使用微波仿真软件Serenade8.5对振荡器进行仿真分析，给出了仿真和实际电路的结果。

关键词：微带压控振荡器；调谐电路；设计；仿真一、振荡器原理分析一定电路组态下的微波晶体管，可视为一个二端口网络，在适当端接下，由于其非线性负阻特性，构成双端口负阻振荡器［１］。

为了产生并维持振荡，振荡回路必须形成负阻，即散射参数S11和S22均应大于1，稳定系数k＜1，利用电路的潜在不稳定性，振荡器就能满足振荡条件，产生自激振荡。

1.振荡条件一个双端口负阻振荡器等效网络如图1，它包含晶体三极管、谐振网络和输出匹配网络。

晶体三极管的散射矩阵［S］用S11、S12、S21、S22表示，设2个端口上联接的传输线特性阻抗都为Z0，线长都为零，其输入阻抗为Ｚm=Rin＋jXin，输入端反射系数为Γ1，看向谐振网络的阻抗为Ｚg=Rg＋jＸg,相应的反射系数为Γg，图中同时示出了输出阻抗、输出端反射系数、负载阻抗及负载反射系数。

设双端口网络的入射波为a1、a2，反射波为b1、b2，双端口网络的散射参数定义为因为输入端口接谐振回路，输出端口接匹配网络和负载，都是无源网络，故｜Γg｜和｜ΓL｜都小于1,因此对振荡器设计来说，为了产生振荡，两端口的反射系数均大于1,而稳定系数应小于1。

2．双端口负阻振荡器的输出功率考虑一个共发射极功率振荡器，要求传输给负载的有用功率最大。

由于共发射极振荡器可以视为具有输出功率为Pout的共发射极放大器,通过正反馈电路反馈输入功率Pin给输入端构成振荡器。

要求振荡器传输给负载的有用功率（Pout－Pin）最大，也就是使放大器的（Pout －Pin）最大，由放大器的输出功率经验公式知：式中Pin是输入功率，Pout是输出功率，Psat是饱和输出功率，是放大器调谐小信号转换增益。

毕业设计（论文）外文翻译（2009—2013年）中文题目: 电压控制振荡电路设计与仿真英文题目：Design and Simulation of voltage controlled oscillator circuit学院：共青学院系别：信息工程系专业班级：09电信本学生姓名：聂志辉学号：8110109023指导教师：刘定军日期：2013-5-10摘要:振荡器广泛应用于各行各业中，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热；某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制；电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。

在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等电路中更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO压控振荡器几乎与电流源电路和运放电路具有同等重要的地位。

压控振荡器（VCO）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。

电压控制LC振荡器在任何一种LC振荡器电路中都是将压控可变电抗元件插入振荡回路中，本设计中采用变容二极管作为压控可变点抗元件，这样就可形成LC压控振荡器。

早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用了变容二极管。

在微波频段，用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质。

在通信技术、测量技术、计算机技术等各种领域中，常常要用到精度比较高，频率稳定度高且方便可调的信号源，电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件，为电—光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：压控振荡器设计学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心年级专业：0409级电气工程及自动化学生姓名：王海龙学号：0451480351 指导教师：韩亚军职称：讲师导师单位：重庆信息工程专修学院中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：年月日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员王海龙1．设计(论文)题目：压控震荡器的设计2．学生完成设计(论文)期限：年月日至年月日3．设计(论文)课题要求：（1）在开放的ISM和短距离装置(SRD)频段上工作的发射器和接收器都需要高性能的压控振荡器(VCO)。

（2）将MOS晶体管的漏，源和衬底短接便可成为一个简单的MOS电容，其电容值随栅极与衬底之间的电压VBG变化而变化。

（3）压控振荡器(VCO)的频率随着作用在其调谐端口的电压而改变，在锁相环内(PLL)，VCO为超外差接收机内部的频率转换提供稳定的本振(LO)信号。

4．实验（上机、调研）部分要求内容：（1）根据任务书的设计要求，收集、检索相关资料。

（2）整理资料、撰写开题报告，提交指导老师进行修改。

开始撰写论文的初稿，做相关实验并获取相关数据。

（3）与指导老师再次进行对所撰写的论文进行讨论，并做修订，再次核对实验数据，进行论文格式的规范，交稿、打印、装订。

5．文献查阅要求：[1] 王志功.光纤通信集成电路设计［M］. 高等教育出版社，2003[2] 稻叶保.振荡电路的设计与应用. 西安：西安交通大学出版社，2004年9月[3] 拉扎维.模拟CMOS集成电路设计[M] .西安：西安交通大学出版社，2003年9月6．发出日期：年月日7．学员完成日期：年月日指导教师签名：学生签名：摘要当控制电压由0.75V变到2V时，振荡频率变为4.77GHz，相位噪声变为 -135dB/Hz，降低了7dB。

这是由两个方面的原因引起的，首先是由于LC振荡回路总的电容减小，振荡频率增加，这就减小了要维持振荡所需的负跨导，但因为两个NMOS晶体管提供的负跨导几乎不变，所以就使得稳定振荡幅度增加，相位噪声减小。

实验名称：压控LC电容三点式振荡器设计及仿真一、实验目的1、了解和掌握LC电容三点式振荡器电路组成和工作原理。

2、了解和掌握压控振荡器电路原理。

3、理解电路元件参数对性能指标的影响。

4、熟悉电路分析软件的使用。

二、实验原理压控振荡器是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路, 其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。

图1中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0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。

三、设计要求及主要指标1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳震荡。

2、实现电压控制振荡器频率变化。

3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。

4、震荡频率范围：50MHz到70MHz,控制电压范围3到10V。

5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MH在，最大IC电流50mA，可满足频率范围要求），直流电压源12V，变容二极管选用MV209。

四、设计过程整个设计分三个部分，主体为LC 振荡电路，在此电路基础上添加压控部分，设计中采用变容二极管MV209来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的频率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。

1、LC 振荡器设计采用MPSH10 三极管，其特征频率T f =1000MHz 。

LC 振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验中采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础上进行了细微的改良，增加了一个与电感L 并联的电容，主要利用其改变频率而不对振荡回路的分压比产生影响的特点。

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。

压控振荡器的电路设计1压控振荡器的电路设计1压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）是一种能够根据控制电压的变化产生频率变化的电子电路。

它在通信系统、频率合成器、频率调谐器等领域有着广泛的应用。

本文将详细介绍压控振荡器的电路设计。

首先，我们需要确定所需的压控振荡器的频率范围、频率稳定度、功率要求等参数。

然后，根据这些参数选择适合的振荡器拓扑结构。

常见的压控振荡器拓扑结构有基准电流型、拉锁型、环型和美国电工和电子工程师协会（IEEE）标准204A型等。

在本文中，我们将以基准电流型压控振荡器为例进行设计。

基准电流型压控振荡器的电路由负电流源、反馈电路、振荡器核心以及控制电压端口组成。

首先，我们需要设计负电流源。

负电流源的作用是为反馈电路提供稳定的偏置电流。

常见的负电流源电路包括电流镜电路和欧陆电流镜电路等。

在本文中，我们将使用电流镜电路。

电流镜电路可以通过调整电阻的大小来控制输出电流的大小。

接下来是反馈电路的设计。

反馈电路的作用是将振荡器输出信号的一部分反馈到振荡器核心，以维持其振荡。

在基准电流型压控振荡器中，常用的反馈电路是LC谐振电路。

谐振频率可以通过选择合适的电感和电容器来调整。

然后是振荡器核心的设计。

振荡器核心一般由放大器和相移网络组成。

放大器负责放大信号，相移网络则用于改变相位。

常用的放大器有差动放大器和共射放大器等。

在本文中，我们将选择共射放大器。

相移网络则是通过选择电阻和电容器来实现。

最后是控制电压端口的设计。

控制电压端口用于输入控制电压，从而改变振荡器的频率。

常见的控制电压端口设计包括电压到电流转换电路和电流到电压转换电路等。

在本文中，我们将使用电流到电压转换电路。

电流到电压转换电路的原理是通过选择电阻和电容器来将变化的电流转换为电压。

在完成了振荡器的拓扑结构设计后，我们需要进行参数选择和电路元件的选择。

参数选择包括电容器和电感器的选择、电阻的选择以及电流源的选择等。

目录1 引言 (2)2 振荡器的原理 (5)2.1 振荡器的功能、分类与参数 (5)2.2 起振条件 (9)2.3 压控振荡器的数学模型 (10)3 利用ADS仿真与分析 (11)3.1 偏置电路的的设计 (12)3.2 可变电容VC特性曲线测试 (13)3.3 压控振荡器的设计 (15)3.4 压控振荡器相位噪声分析 (18)3.5 VCO振荡频率线性度分析 (23)4 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (25)压控振荡器的设计与仿真Advanced Design System客户端软件设计电子信息工程（非师范类）专业指导教师摘要：ADS可以进行时域电路仿真，频域电路仿真以及数字信号处理仿真设计，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率。

本论文运用ADS仿真软件对压控振荡器进行仿真设计，设计出满足设计目标的系统，具有良好的输出功率，相位噪声性能及震荡频谱线性度。

本论文从器件选型开始，通过ADS软件仿真完成了有源器件选型，带通滤波器选型，振荡器拓扑结构确定，可变电容VC特性曲线，瞬态仿真及谐波平衡仿真。

实现了准确可行的射频压控振荡器的计算机辅助设计。

关键字：压控振荡器，谐波平衡仿真，ADS1 引言振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。

在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。

随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。

尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，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。