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。

　　

　　图2是对buffer隔离作用的仿真。通过仿真发现：压控振荡器与外部电路相接时，外部电路阻抗的变化不会对压控振荡器的阻抗产生影响。

　　

　　1.2 电路原理及设计仿真

　　压控振荡器按构成原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器2大类。这里采用负阻型振荡器，其主要是由负阻器件和谐振回路组成的振荡器，利用负阻器件的负电阻效应与谐振回路中的损耗正电阻相抵消，维持谐振回路的稳定振荡。图3为压控振荡器电路。

　　

　　图3中VQ5，VQ6管的负跨导可以补偿振荡中的电路损耗，为振荡提供能量。控制电压Vr控制变容二极管电容的变化，以达到控制振荡频率的目的。VQ5和VQ6尺寸相同，交叉耦合，忽略沟道调制效应和体效应等二阶效应，可得到其等效电路，如图4所示。

　　

　　由于Vce5=Vbe6，Vce6=Vbe5，在振荡平衡时，A、B两点的电压幅度对称相等，得Vce5=Vce6，则VQ5的集电极到发射极(即AM两端)的交流等效电导为：

　　

　　式中，gmVbe5前面加负号的原因为：此电流源增大时Vce5是减少的。化简式(1)可得：

　　

　　这是一个负电导。正电阻吸收能量，负电阻提供能量，而此处VQ5的集电极到发射极的负电导表示晶体管提供能量转换，将直流电源的能量转换为交流能量。同理，VQ6的集电极到发射极(即BM两端)的等效电导为-gm。则单端口网络AB的输入电阻是VQ5、VQ6两端发射极输出电阻的串联，即

　　

　　当由单端口网络提供的负阻Rm等于并联谐振回路的电阻时，负阻提供的能量补充了并联谐振电路的损耗，则振荡维持。振荡器的谐振频率等于并联谐振频率，其输出频率为：

　　

　　利用安捷伦公司的ADS软件对电路进行仿真，从图5可看出压控振荡器在控制电压为1.98～3.98 V变化时，振荡器调谐范围为1.14～1.18GHz。图6为压控振荡器电路版图。

　　

　　

　　2 结论

　　介绍一种宽调频高频LC VCO的设计。其核心电路采用差分形式交叉耦合电路结构实现。在与外部电路相接时，考虑到外部电路的变化对压控振荡器的影响，采用以射极跟随器为主要结构构成的buffer，消除了外部电路的影响。并且在版图设计中采用片上集成电感，实现了整个VC0电路的片上集成，达到设计要求。