Oscillateurs RF : Circuits intégrés VCO pour produits micro-ondes/mmWave

Le monde de la RF peut être intimidant pour le concepteur numérique, et naviguer dans la gamme de composants pour différents systèmes peut être difficile. Beaucoup de traitement de signal analogique est effectué au niveau matériel, et accomplir le travail nécessite de choisir les bons composants analogiques. Un composant critique est un oscillateur RF, qui peut être utilisé comme source de signal ou comme signal de référence stable.

Différents VCOs sont évalués pour différents niveaux de signal, mais ils vous offrent un moyen pratique de contrôler la fréquence de votre oscillateur de référence. Quelques applications immédiates incluent la modulation de fréquence directe, la synthèse de fréquence, et les oscillateurs de référence stables. Voici ce qu'il faut surveiller lors de la sélection d'un VCO pour ces applications et d'autres.

Applications des VCO dans les Produits RF

De nombreuses applications sans fil et RF de faible puissance se dirigent vers les SoCs, où un VCO, PLL, composants DSP, CPU, ADC/DAC, et d'autres fonctions sont intégrés dans une seule unité. Pour d'autres applications de sortie de puissance intermédiaire et élevée, vous aurez probablement besoin de compter sur des composants discrets et un VCO IC dédié pour votre application. De plus, si vous innovez des systèmes uniques à utiliser comme oscillateurs stables ou d'autres applications à des fréquences GHz, il est utile d'utiliser un VCO IC dans le cadre de la conception globale du système avant d'acheter un SoC plus coûteux.

Spécifications Importantes des VCO

Il existe deux types principaux de VCOs pour une utilisation comme oscillateurs RG. Un VCO linéaire est conçu pour produire une onde sinusoïdale avec un varactor intégré dans un circuit réservoir LC. Les varactors idéaux sont non linéaires, mais il existe une gamme de chutes de tension à travers le varactor qui peut être approximée comme presque linéaire, ce qui déterminera la plage de réglage dans le circuit. Les oscillateurs de relaxation sont conçus pour produire une onde carrée, triangulaire ou en dents de scie et sont facilement formés sur un MMIC. Un VCO multivibrateur astable est un exemple d'oscillateur de relaxation qui produit une onde carrée, bien que cela puisse être converti en une onde triangulaire avec un circuit intégrateur.

Un VCO idéal produira un ton parfaitement sinusoïdal/triangulaire/en dents de scie sans bruit de phase, avec une stabilité de température nulle, et avec une gamme de fréquences linéaire. Les composants réels ne fonctionnent pas de cette manière, mais ils peuvent souvent s'en approcher. Voici quelques spécifications importantes à considérer lors de la sélection d'un VCO pour un oscillateur RF:

• Plage de réglage de tension : Cela déterminera la plage de tensions DC d'entrée que le dispositif peut accepter, qui sera ensuite convertie à la fréquence désirée.
• Plage de fréquence : La plage de fréquence que vous trouverez dans une fiche technique est normalement un graphique qui montre une plage linéaire. Si vous augmentez au-delà de l'extrémité supérieure du graphique tension d'entrée vs fréquence de sortie, vous constaterez que la fréquence de sortie sature à une certaine valeur maximale. Idéalement, la plage de fréquence devrait être une fonction linéaire de la tension de réglage, mais ce n'est pas toujours le cas.
• Plage de réglage : C'est simplement la plage de fréquence divisée par la plage de tension d'entrée (dans la région linéaire). Cela est généralement indiqué comme une valeur constante en unités de MHz/V ou GHz/V.
• Stabilité en température : Différents composants auront différents niveaux de stabilité. En général, la puissance de sortie et la fréquence de sortie diminueront à mesure que la température augmente, mais la quantité exacte de diminution varie selon le composant. Assurez-vous de vérifier cela car cela déterminera quelles mesures de gestion thermique pourraient être nécessaires sur votre carte. Type d'oscillateur : Assurez-vous de vérifier le type d'oscillateur utilisé dans le VCO (voir ci-dessus).
• Sortie harmonique/sous-harmonique : Certains VCO vous permettront d'accéder directement à un harmonique supérieur ou inférieur sur la sortie. Normalement, le premier overtone (double de la fréquence fondamentale) ou le premier sous-ton (la moitié de la fréquence fondamentale) peut être accédé depuis la sortie.
• Bruit de phase : cette spécification est critique pour les applications nécessitant une synchronisation précise, telles que la conversion numérique-temps dans le lidar et le radar. C'est également une spécification critique lorsqu'un VCO est utilisé comme oscillateur de référence.

Options de composants pour oscillateur RF VCO

Analog Devices, HMC739LP4E

Après leur acquisition de Hittite, Analog Devices propose le VCO Hittite HMC739LP4E comme partie de leur portefeuille. Ce VCO fournit des sorties à demi-fréquence et divise-par-16 en plus de la sortie de fréquence réglable standard. La fréquence standard peut être réglée linéairement de 23,8 à 26,8 GHz jusqu'à 14 dBm de sortie, avec un réglage légèrement non linéaire au-delà de cette plage. Bien qu'il ait une plage de réglage étroite, il a une puissance de sortie relativement élevée et est idéal pour les applications de radio point à point, radio point à multipoint et VSAT.

Ce MMIC est construit autour d'un transistor bipolaire à hétérojonction GaAs-InGaP, il fournit donc une sortie de puissance efficace tout au long de la plage de réglage. Il a également un très faible bruit de phase, comme le montrent les graphiques ci-dessous.

Bruit de phase SSB du VCO HMC739LP4E. Tiré de la fiche technique HMC739LP4E.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

Le MAOC-009268-PKG003 de MACOM est une option pour un VCO basé sur InGaP HBT pour la génération de fréquences en GHz. Ce VCO fournit une sortie réglable de 12,7 à 14,2 GHz avec une puissance de sortie allant jusqu'à 9 dBm. Ce composant offre également une sortie à demi-fréquence allant jusqu'à 1 dBm de puissance de sortie. Un avantage de ce composant est que la puissance de sortie est pratiquement constante sur la plage de tension de réglage, ce qui n'est pas le cas avec le composant précédent. Il présente également une excellente stabilité de température, comme le montrent les graphiques ci-dessous.

Stabilité de température du VCO MAOC-009268-PKG003. Extrait de la fiche technique du MAOC-009268-PKG003.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

Le VCO LMX2531LQE1415E de Texas Instruments est une solution complète de synthétiseur de fréquence qui inclut un PLL intégré. Lorsqu'il est combiné avec un oscillateur de référence externe, cet appareil génère des signaux d'oscillateur local à faible bruit pour la conversion montante et descendante. Il inclut également une interface de contrôle série pour l'accord avec un modulateur delta-sigma à N fractionnaire (jusqu'au 4e ordre). Certaines applications idéales incluent les communications par satellite, les stations de base cellulaires, la CATV et l'horloge pour les convertisseurs de données.

Bruit de phase en boucle ouverte et fermée. Extrait de la fiche technique du LMX2531LQE1415E. (Alt text: Graphiques du bruit de phase du LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Nous avons présenté juste quelques-uns des nombreux composants VCO pour oscillateur RF que vous pouvez trouver sur le marché. Il existe d'autres options pour les applications à faible puissance, telles que les PLL avec VCO intégrés. Ces composants intégrés et de nombreux autres VCO IC discrets pour les produits RF peuvent être trouvés sur Octopart.

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