12.47 GHz - 13.72 GHz MMIC VCO：HMC1168的技术剖析与应用

在电子工程师的日常工作中，电压控制振荡器（VCO）是射频和微波电路设计里的关键组件。今天，我们就来深入探讨一款高性能的MMIC VCO——HMC1168。

文件下载：HMC1168LP5ETR.pdf

一、HMC1168的特性亮点

1. 双输出频率范围

HMC1168具有独特的双输出频率，主输出频率范围为12.47 GHz至13.72 GHz，同时还有半频输出，范围是6.235 GHz至6.86 GHz。这种双输出设计为工程师在不同的应用场景中提供了更多的灵活性。

2. 出色的输出功率和低相噪

其输出功率（(P_{OUT})）典型值可达10 dBm，单边带（SSB）相位噪声在100 kHz偏移时低至 -113 dBc/Hz。这使得它在对信号质量要求较高的应用中表现出色，比如通信系统中的调制和解调过程。

3. 无需外部谐振器

该VCO集成了谐振器、负阻器件和变容二极管，无需额外的外部谐振器，大大简化了电路设计，减少了电路板空间和成本。

4. 环保封装

采用5 mm × 5 mm、32引脚的LFCSP封装，符合RoHS标准，不仅尺寸小巧，而且环保，适用于各种对空间和环保有要求的应用。

二、详细规格参数

1. 频率相关参数

• 输出频率范围：主输出频率（(f{OUT})）为12.47 GHz至13.72 GHz，半输出频率（(f{OUT}/2)）为6.235 GHz至6.86 GHz。
• 漂移率：典型值为1.2 MHz/°C，这意味着在不同的温度环境下，频率的稳定性较好。
• 牵引和推动：牵引（Pulling）为2 MHz p - p（在2.0:1电压驻波比下），推动（Pushing）为2 MHz/V（在(V_{TUNE}=5 V)时）。

2. 输出功率参数

• RFOUT：输出功率范围为7 dBm至14 dBm，典型值为10 dBm。
• RFOUT/2：输出功率范围为 -1 dBm至 +6 dBm，典型值为 +2 dBm。

3. 其他参数

• 电源电流：在不同的电源电压下，电源电流有所不同，如(V{CC}=4.75 V)时，典型值为170 mA；(V{CC}=5.00 V)时，典型值为190 mA；(V_{CC}=5.25 V)时，典型值为210 mA。
• 谐波和次谐波：各次谐波和次谐波的抑制性能较好，如1/2次谐波为42 dBc，3/2次谐波为34 dBc等。
• 调谐参数：调谐电压（(V{TUNE})）范围为2 V至13 V，灵敏度为75 MHz/V至350 MHz/V，调谐端口泄漏电流最大为10 μA（(V{TUNE}=13 V)时）。
• 输出回波损耗：典型值为5 dB。

4. 绝对最大额定值

• 电源电压：(V_{CC})最大为5.5 V dc。
• 调谐电压：(V_{TUNE})范围为0 V至15 V。
• 工作温度范围： -40°C至 +85°C。
• 存储温度范围： -65°C至 +150°C。

三、工作原理解析

HMC1168是一个自由运行的电压控制频率源，通过向(V{TUNE})端口施加可变调谐电压来控制输出频率。随着(V{TUNE})从最低允许电压变化到最高允许电压，VCO输出频率从最低工作频率增加到最高工作频率，从而产生VCO频率灵敏度特性（MHz/V）。不过，VCO频率灵敏度在可调范围内并非恒定不变。

为了实现低相噪运行，(V{TUNE})端口应使用低噪声电压源驱动，因为(V{TUNE})端口上的过多噪声会导致相位噪声性能变差。同时，调谐端口调制带宽通常大于10 MHz。

在电源方面，使用低噪声电源为(V{CC})偏置对于实现最佳VCO相位噪声性能至关重要。因为VCO输出频率会随(V{CC})偏置电压的微小变化而改变（推动效应），(V_{CC})偏置引脚上的噪声会导致相位噪声增加。

内部射频（RF）输出频率由倍频电路产生，这会在RFOUT频率的一半处产生一个不需要的低电平输出信号（RFOUT/2）。如果需要，可以在客户应用板上使用滤波器进一步过滤这个不需要的杂散信号。RFOUT/2输出信号可直接在RFOUT/2端口获取，通常用于驱动锁相环（PLL）/合成器以实现HMC1168输出的相位锁定。

此外，HMC1168的RFOUT端口集成了一个内部缓冲放大器，用于提供良好的输出匹配，同时隔离VCO核心与输出负载，最大限度地减少VCO频率随输出负载阻抗变化而产生的变化（牵引效应）。

四、应用领域

1. 通信领域

在点对点和多点无线电通信中，HMC1168可作为本地振荡器（LO），其低相噪特性允许更高阶的调制，从而提高通信系统的比特误码率。

2. 测试与测量

在测试设备中，它可以提供稳定的频率源，满足各种测试需求。

3. 卫星通信

在甚小孔径终端（VSATs）中，HMC1168的高性能能够保证信号的稳定传输。

五、评估电路板与订购信息

1. 评估电路板

评估电路板采用了射频电路设计技术，确保信号线具有50 Ω阻抗，并且封装接地引脚和背面接地焊盘直接连接到接地平面。同时，使用了足够数量的过孔来连接顶部和底部接地平面。该评估电路板可向Analog Devices, Inc.申请获得。

2. 订购信息

提供了不同的型号供选择，如HMC1168LP5E和HMC1168LP5ETR，温度范围均为 -40°C至 +85°C，采用32引脚LFCSP封装，符合RoHS标准。此外，还有评估板EV1HMC1168LP5可供选择。

总之，HMC1168以其出色的性能和丰富的特性，为电子工程师在射频和微波电路设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理利用其特性，以实现最佳的设计效果。大家在使用HMC1168的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。