RF-Oszillatoren: VCO-Integrierte Schaltkreise für Mikrowellen/mmWave-Produkte

Die RF-Welt kann für den digitalen Designer entmutigend sein, und das Navigieren durch die Palette von Komponenten für verschiedene Systeme kann schwierig sein. So viel analoge Signalverarbeitung wird auf der Hardwareebene durchgeführt, und um die Arbeit zu erledigen, ist die Auswahl der richtigen analogen Komponenten erforderlich. Eine kritische Komponente ist ein RF-Oszillator, der als Signalquelle oder als stabiles Referenzsignal verwendet werden kann.

Verschiedene VCOs sind für unterschiedliche Signalpegel ausgelegt, bieten Ihnen jedoch eine praktische Möglichkeit, die Frequenz Ihres Referenzoszillators zu steuern. Einige unmittelbare Anwendungen umfassen direkte Frequenzmodulation, Frequenzsynthese und stabile Referenzoszillatoren. Hier ist, worauf Sie achten sollten, wenn Sie einen VCO für diese und andere Anwendungen auswählen.

VCO-Anwendungen in RF-Produkten

Viele Anwendungen mit geringer Leistung in drahtlosen und RF-Systemen bewegen sich in Richtung SoCs, wo ein VCO, PLL, DSP-Komponenten, CPU, ADC/DAC und andere Funktionen in einer einzigen Einheit integriert werden. Für andere Anwendungen mit mittlerer und hoher Leistungsausgabe werden Sie sich wahrscheinlich auf diskrete Komponenten und einen dedizierten VCO-IC für Ihre Anwendung verlassen müssen. Darüber hinaus, wenn Sie einzigartige Systeme für die Verwendung als stabile Oszillatoren oder andere Anwendungen bei GHz-Frequenzen innovieren, hilft es, einen VCO-IC als Teil des Gesamtsystemdesigns zu verwenden, bevor Sie einen teureren SoC kaufen.

Wichtige VCO-Spezifikationen

Es gibt zwei primäre Arten von VCOs zur Verwendung als RG-Oszillatoren. Ein linearer VCO ist so konzipiert, dass er eine sinusförmige Welle mit einem integrierten Varaktor in einem LC-Tankschaltkreis erzeugt. Ideale Varaktoren sind nichtlinear, aber es gibt einen Bereich von Spannungsabfällen über den Varaktor, der als nahezu linear angenähert werden kann, was den Abstimmbereich im Schaltkreis bestimmen wird. Relaxationsoszillatoren sind so konzipiert, dass sie eine quadratische, dreieckige oder sägezahnförmige Welle erzeugen und leicht auf einem MMIC gebildet werden können. Ein astabiler Multivibrator-VCO ist ein Beispiel für einen Relaxationsoszillator, der eine quadratische Welle ausgibt, obwohl dies mit einem Integratorschaltkreis in eine Dreieckswelle umgewandelt werden kann.

Ein idealer VCO gibt einen perfekt sinusförmigen/dreieckigen/sägezahnförmigen Ton ohne Phasenrauschen, mit null Temperaturstabilität und mit einem linearen Frequenzbereich aus. Reale Komponenten funktionieren nicht auf diese Weise, können aber oft nahe kommen. Hier sind einige wichtige Spezifikationen, die Sie beim Auswählen eines VCO für einen RF-Oszillator berücksichtigen sollten:

• Abstimmungsspannungsbereich: Dies bestimmt den Bereich der Eingangs-Gleichspannungen, die das Gerät akzeptieren kann, welche dann in die gewünschte Frequenz umgewandelt werden.
• Frequenzbereich: Der Frequenzbereich, den Sie in einem Datenblatt finden, ist normalerweise ein Diagramm, das einen linearen Bereich zeigt. Wenn Sie über das obere Ende des Diagramms von Eingangsspannung vs. Ausgangsfrequenz hinausgehen, werden Sie feststellen, dass die Ausgangsfrequenz bei einem maximalen Wert gesättigt wird. Idealerweise sollte der Frequenzbereich eine lineare Funktion der Abstimmungsspannung sein, aber das ist nicht immer der Fall.
• Abstimmungsbereich: Dies ist einfach der Frequenzbereich geteilt durch den Eingangsspannungsbereich (innerhalb des linearen Bereichs). Dies wird allgemein als konstanter Wert in Einheiten von MHz/V oder GHz/V angegeben.
• Temperaturstabilität: Verschiedene Komponenten werden unterschiedliche Stabilitätsniveaus aufweisen. Im Allgemeinen werden die Leistungsabgabe und die Ausgangsfrequenz mit steigender Temperatur abnehmen, aber die genaue Abnahmemenge variiert je nach Komponente. Stellen Sie sicher, dass Sie dies überprüfen, da es bestimmen wird, welche Maßnahmen zur Wärmeabfuhr auf Ihrer Platine benötigt werden könnten. Oszillatortyp: Stellen Sie sicher, dass Sie den Typ des in dem VCO verwendeten Oszillators überprüfen (siehe oben).
• Harmonische/subharmonische Ausgabe: Einige VCOs ermöglichen Ihnen den direkten Zugriff auf eine höhere Harmonische oder eine niedrigere Harmonische am Ausgang. Normalerweise kann die erste Oberschwingung (doppelte Grundfrequenz) oder der erste Unterschwing (halbe Grundfrequenz) vom Ausgang abgegriffen werden.
• Phasenrauschen: Diese Spezifikation ist kritisch für Anwendungen, die eine präzise Zeitmessung erfordern, wie digitale-zu-Zeit-Konvertierung in Lidar und Radar. Dies ist auch eine kritische Spezifikation, wenn ein VCO als Referenzoszillator verwendet wird.

RF-Oszillator VCO-Komponentenoptionen

Analog Devices, HMC739LP4E

Nach ihrer Übernahme von Hittite bietet Analog Devices den Hittite HMC739LP4E VCO als Teil ihres Portfolios an. Dieser VCO bietet Halbfrequenz- und Teile-durch-16-Ausgänge zusätzlich zum standardmäßigen abstimmbarer Frequenzausgang. Die Standardfrequenz kann linear von 23,8 bis 26,8 GHz bei bis zu 14 dBm Ausgangsleistung abgestimmt werden, mit leicht nichtlinearer Abstimmung über diesen Bereich hinaus. Obwohl er einen schmalen Abstimmungsbereich hat, verfügt er über eine relativ hohe Ausgangsleistung und ist ideal für Punkt-zu-Punkt-Radio, Punkt-zu-Mehrpunkt-Radio und VSAT-Anwendungen.

Dieser MMIC basiert auf einem GaAs-InGaP-Heterojunction-Bipolartransistor, sodass er eine effiziente Leistungsabgabe über den gesamten Abstimmungsbereich bietet. Er hat auch ein sehr niedriges Phasenrauschen, wie in den untenstehenden Diagrammen gezeigt.

SSB Phasenrauschen des HMC739LP4E VCO. Aus dem HMC739LP4E Datenblatt.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

Der MAOC-009268-PKG003 von MACOM ist eine Option für einen auf InGaP HBT basierenden VCO zur Erzeugung von GHz-Frequenzen. Dieser VCO bietet einen einstellbaren Ausgang von 12,7 bis 14,2 GHz bei bis zu 9 dBm Leistungsausgang. Dieses Bauteil bietet auch einen Halbfrequenzausgang mit bis zu 1 dBm Leistungsausgang. Ein Vorteil dieses Bauteils ist, dass der Leistungsausgang über den Abstimmspannungsbereich im Wesentlichen konstant bleibt, was bei dem vorherigen Bauteil nicht der Fall ist. Es weist auch eine ausgezeichnete Temperaturstabilität auf, wie in den untenstehenden Grafiken gezeigt wird.

Temperaturstabilität des MAOC-009268-PKG003 VCO. Aus dem MAOC-009268-PKG003 Datenblatt.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

Der LMX2531LQE1415E VCO von Texas Instruments ist eine komplette Frequenzsynthesizer-Lösung, die einen integrierten PLL umfasst. In Kombination mit einem externen Referenzoszillator erzeugt dieses Gerät rauscharme Lokaloszillatorsignale für Auf- und Abwärtsumsetzung. Es beinhaltet auch eine serielle Steuerschnittstelle für die Abstimmung mit einem fraktionalen-N-Delta-Sigma-Modulator (bis zur 4. Ordnung). Einige ideale Anwendungen umfassen Satellitenkommunikation, Basisstationen für Mobiltelefone, CATV und Taktung für Datenwandler.

Offene und geschlossene Schleifen-Phasenrauschen. Aus dem LMX2531LQE1415E Datenblatt. (Alt-Text: Phasenrauschendiagramme des LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Wir haben nur einige der vielen RF-Oszillator-VCO-Komponenten vorgestellt, die Sie auf dem Markt finden können. Es gibt andere Optionen für Anwendungen mit geringerer Leistung, wie PLLs mit integrierten VCOs. Diese integrierten Komponenten und viele weitere diskrete VCO-ICs für RF-Produkte finden Sie auf Octopart.

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