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精品名师归纳总结应用 ADS 设计 VCO1. 振荡器的基本学问和相关指标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 〕振荡器依据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 振荡器的稳固度：这里面包括：频率精确度、频率稳固度、长期稳固度、短期稳固度和初始漂移频率精确度是指振荡器实际工作频率与标称频率之间的偏差有肯定频率精确度和相对频率精确度两种方法表示肯定频率精确度：f f f 0〔 Hz〕其中 f －实际工作频率f 0 －标称频率相对频率精确度式肯定频率精确度与标称频率精确度的比值，运算公式为：可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结f f f 0f 0 f0〔Hz〕可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结② 频率稳固度：频率稳固度是指在规定的时间间隔内，频率精确度变化的最大值，也有两种表示方法：肯定频率稳固度和相对频率稳固度频率稳固度仍可以分为长期频率稳固度、短期频率稳固度和瞬时频率稳固度。

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时频率稳固度， 频率的瞬时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侮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 邻近仍包含有很多旁频，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可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结图 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可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结本节论述的振荡器采纳共基极反馈振荡器，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畴内的低频端，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，以供应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〕 就相像于考毕兹型，不同的式另外用了一只电容与电感相串连，以改善频率稳固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供应部分或者全部的回授作用另外加入反馈网络的目的，就在于增加负阻电阻值，以获得正确功率输出 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犹如振荡器的射频电路设计一样重要由于它关系到微波振荡的稳固性、相位噪音、功率、效率的高低，故应当正确设计偏置电路，并挑选正确直流工可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结作点，以达到最高的射频性能设计的原就取决于应用例如用作低噪声振荡器：采纳硅双极晶体管时 Vce 可以在 5－ 10V、Ice 可在 3－8mA内挑选采纳砷化镓场效应管时 VDS大致为 3.5V， I DS大致为 8－10mA，一般挑选相当低的漏源电压 VDS和电源 I DS1. 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动身，挑选振荡器件及电路形式，按简化的等效电路或图解方法，依据现有的设计资料或者以 往的体会，初步设计制成电路，调测其特性，然后依据所测性能与技术要求进 行比较。

假如不满意给定指标，再修改电路直到满意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纳 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 18dB2GHz 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 由于该振荡器工作的频 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需要考虑了 图 6 是双极性硅管的高频信号模型，详细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，详细的典型参数值也见后表由于这些参数 HP公司是没有供应的，只供应了 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。

可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结图 6图 7符号元件名典型值Re2发射极扩展电阻8.6ohmRe1发射极空间电荷电阻0.7ohmRs集电极扩展电阻7.0ohm可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结Ce发射极－基极结电容1.0 pFCc集电极－发射极电容0.005pFCce集电极－发射极电容0.05pFRb基极扩展电阻14.7ohmαo零频率是共基极电流放大倍数0.99表 1 硅双极管管芯等效电路元件典型值符号元件名典型值C1、C2各封装饰之间的电容C1:0.06-0.1pFC2:0.01-0.012C3、C4pFC3:0.001-0.003 pFC4:0.01-0.013 pFC5输出、输入端之间的电容0.005 pFL1、L4参考面与封装边缘之间的引线电感L1:0.2-0.3nH L4:0.4-0.6nHL2、L3封装边缘与金属丝接点之间的引线电感0.2-0.5nHL5芯片至发射极端子的金丝电感0.3-0.6nH表 2 封装参数典型值4 确定实际电路图 8 是本节振荡器采纳的详细电路，其电路结构如图 9 所示图 8可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结图 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 详细设计过程5.1 创建一个新工程◇ 启动 ADS◇ 挑选 Main windows◇ 菜单－ File－ New Project ，然后依据提示挑选工程储存的路径和输入文件名可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结◇ 点击“ ok”这样就创建了一个新工程◇ 点击 ，新建一个电路原理图窗口，开头设计振荡器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 ”打开搜寻对话窗口◇ 搜寻器件“ ph_hp_AT41411 ”这就是我们在该工程中用到的 Agilent 公司的晶体管◇ 把搜寻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 中挑选 probe components 类，然后在这个类里面挑选 并安放在适当的位置，同理可以在“ Sources－ Time Domain ”里面选择 ，在 lumped components 里面挑选 ，并依据图 11 放好◇ 在 optim/stat/Yield/DOE 类里面挑选 ，这里需要两个，仍有一个◇ 在 Simulation － DC 里面挑选一个可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结◇ 上面的器件和仿真器都依据下图 11 放好，并单击 连好线◇ 按 这时会显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 直流偏置运算◇ 双极 ，把该 I_Probe 的名称改为 ICC可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结◇ 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 所示可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结图 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，会挑选“ 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 14可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结5.3 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。