Oscillatori RF: Circuiti Integrati VCO per Prodotti a Microonde/mmWave

Il mondo RF può essere scoraggiante per il progettista digitale, e navigare nella gamma di componenti per diversi sistemi può essere difficile. Molta elaborazione del segnale analogico viene eseguita a livello hardware, e per svolgere il lavoro è necessario scegliere i giusti componenti analogici. Un componente critico è un oscillatore RF, che può essere utilizzato come fonte di segnale o come segnale di riferimento stabile.

Diversi VCO sono valutati per diversi livelli di segnale, ma offrono un modo conveniente per controllare la frequenza del vostro oscillatore di riferimento. Alcune applicazioni immediate includono la modulazione diretta di frequenza, la sintesi di frequenza e gli oscillatori di riferimento stabili. Ecco cosa osservare quando si seleziona un VCO per queste e altre applicazioni.

Applicazioni VCO nei Prodotti RF

Molte applicazioni wireless e RF a bassa potenza stanno passando verso SoC, dove un VCO, PLL, componenti DSP, CPU, ADC/DAC e altre funzioni vengono integrate in un'unità singola. Per altre applicazioni di uscita di potenza intermedia e alta, probabilmente dovrete affidarvi a componenti discreti e a un VCO IC dedicato per la vostra applicazione. Inoltre, se state innovando sistemi unici da utilizzare come oscillatori stabili o altre applicazioni a frequenze GHz, è utile utilizzare un VCO IC come parte del design del sistema complessivo prima di acquistare un SoC più costoso.

Specifiche Importanti del VCO

Ci sono due tipi principali di VCO da utilizzare come oscillatori RG. Un VCO lineare è progettato per produrre un'onda sinusoidale con un varactor integrato in un circuito serbatoio LC. I varactor ideali sono non lineari, ma esiste una gamma di cadute di tensione attraverso il varactor che può essere approssimata come quasi lineare, che determinerà l'intervallo di sintonizzazione nel circuito. Gli oscillatori di rilassamento sono progettati per produrre un'onda quadrata, triangolare o a dente di sega e sono facilmente formati su un MMIC. Un VCO multivibratore astabile è un esempio di oscillatore di rilassamento che emette un'onda quadrata, anche se questa può essere convertita in un'onda triangolare con un circuito integratore.

Un VCO ideale emetterà un tono perfettamente sinusoidale/triangolare/a dente di sega senza rumore di fase, stabilità di temperatura zero e con un intervallo di frequenza lineare. I componenti reali non operano in questo modo, ma spesso possono avvicinarsi molto. Ecco alcune specifiche importanti da considerare quando si seleziona un VCO per un oscillatore RF:

• Intervallo di tensione di accordo: Questo determinerà l'intervallo delle tensioni in ingresso DC che il dispositivo può accettare, che verranno poi convertite nella frequenza desiderata.
• Intervallo di frequenza: L'intervallo di frequenza che troverai in un datasheet è normalmente un grafico che mostra un intervallo lineare. Se aumenti oltre il limite superiore del grafico tensione di ingresso vs. frequenza di uscita, troverai che la frequenza di uscita si satura a un certo valore massimo. Idealmente, l'intervallo di frequenza dovrebbe essere una funzione lineare della tensione di accordo, ma questo non è sempre il caso.
• Intervallo di accordo: Questo è semplicemente l'intervallo di frequenza diviso per l'intervallo di tensione di ingresso (all'interno della regione lineare). Questo è generalmente indicato come un valore costante in unità di MHz/V o GHz/V.
• Stabilità termica: Diversi componenti avranno diversi livelli di stabilità. In generale, la potenza di uscita e la frequenza di uscita diminuiranno all'aumentare della temperatura, ma la quantità esatta della diminuzione varia a seconda del componente. Assicurati di controllare questo poiché determinerà quali misure di gestione termica potrebbero essere necessarie sulla tua scheda. Tipo di oscillatore: Assicurati di controllare il tipo di oscillatore utilizzato nel VCO (vedi sopra).
• Uscita armonica/sub-armonica: Alcuni VCO ti permetteranno di accedere direttamente a un'armonica superiore o a un'armonica inferiore sull'uscita. Normalmente il primo overtone (il doppio della frequenza fondamentale) o il primo sub-tono (metà della frequenza fondamentale) possono essere accessibili dall'uscita.
• Rumore di fase: questa specifica è critica per applicazioni che richiedono una temporizzazione precisa, come la conversione digitale-tempo nel lidar e radar. Questa è anche una specifica critica quando un VCO è utilizzato come oscillatore di riferimento.

Opzioni di Componenti per Oscillatore RF VCO

Analog Devices, HMC739LP4E

Dopo l'acquisizione di Hittite, Analog Devices offre il VCO Hittite HMC739LP4E come parte del loro portafoglio. Questo VCO fornisce uscite a metà frequenza e divide-per-16 in aggiunta all'uscita di frequenza sintonizzabile standard. La frequenza standard può essere sintonizzata linearmente da 23,8 a 26,8 GHz fino a 14 dBm di uscita, con una sintonizzazione leggermente non lineare oltre questo intervallo. Sebbene abbia un intervallo di sintonizzazione ristretto, ha una potenza di uscita relativamente alta ed è ideale per applicazioni radio punto-punto, radio punto-multipunto e VSAT.

Questo MMIC è costruito attorno a un transistor bipolare eterogiunzione GaAs-InGaP, quindi fornisce una potenza di uscita efficiente in tutto l'intervallo di sintonizzazione. Ha anche un rumore di fase molto basso, come mostrato nei grafici sottostanti.

Rumore di fase SSB del VCO HMC739LP4E. Dal datasheet del HMC739LP4E.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

Il MAOC-009268-PKG003 di MACOM è una delle opzioni per un VCO basato su InGaP HBT per la generazione di frequenze in GHz. Questo VCO fornisce un'uscita sintonizzabile da 12,7 a 14,2 GHz con una potenza di uscita fino a 9 dBm. Questo componente offre anche un'uscita a metà frequenza con una potenza di uscita fino a 1 dBm. Un vantaggio di questo componente è che la potenza di uscita è sostanzialmente costante lungo l'intervallo di tensione di sintonizzazione, il che non si verifica con il componente precedente. Ha anche un'eccellente stabilità della temperatura, come mostrato nei grafici sottostanti.

Stabilità della temperatura del VCO MAOC-009268-PKG003. Dal datasheet del MAOC-009268-PKG003.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

Il VCO LMX2531LQE1415E di Texas Instruments è una soluzione completa di sintetizzatore di frequenza che include un PLL integrato. Quando combinato con un oscillatore di riferimento esterno, questo dispositivo genera segnali di oscillatore locale a basso rumore per la conversione in su e in giù. Include anche un'interfaccia di controllo seriale per la sintonizzazione con un modulatore delta-sigma frazionario-N (fino al 4° ordine). Alcune applicazioni ideali includono comunicazioni satellitari, stazioni base cellulari, CATV e clocking per convertitori di dati.

Rumore di fase in loop aperto e chiuso. Dal datasheet del LMX2531LQE1415E. (Testo alternativo: Grafici del rumore di fase del LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Abbiamo presentato solo alcune delle molte componenti VCO per oscillatori RF che puoi trovare sul mercato. Ci sono altre opzioni per applicazioni a bassa potenza, come i PLL con VCO integrati. Questi componenti integrati e molti altri VCO IC discreti per prodotti RF possono essere trovati su Octopart.

Rimani aggiornato con i nostri ultimi articoli iscrivendoti alla nostra newsletter.