RF 오실레이터: 마이크로파/mmWave 제품을 위한 VCO 집적 회로

RF 세계는 디지털 디자이너에게 어려울 수 있으며, 다양한 시스템을 위한 구성 요소 범위를 탐색하는 것이 어려울 수 있습니다. 많은 아날로그 신호 처리가 하드웨어 수준에서 이루어지며, 작업을 완료하려면 올바른 아날로그 구성 요소를 선택해야 합니다. 중요한 구성 요소 중 하나는 신호 소스 또는 안정된 참조 신호로 사용될 수 있는 RF 오실레이터입니다.

다양한 VCO는 다른 신호 수준에 대해 평가되지만, 참조 오실레이터의 주파수를 제어하는 편리한 방법을 제공합니다. 즉각적인 응용 분야에는 직접 주파수 변조, 주파수 합성 및 안정된 참조 오실레이터가 포함됩니다. 이러한 및 기타 응용 분야에 VCO를 선택할 때 주의해야 할 사항은 다음과 같습니다.

RF 제품에서의 VCO 응용

많은 저전력 무선 및 RF 응용 프로그램이 SoC로 이동하고 있으며, VCO, PLL, DSP 구성 요소, CPU, ADC/DAC 및 기타 기능이 단일 유닛으로 통합되고 있습니다. 중간 및 고전력 출력 응용 프로그램의 경우, 별도의 구성 요소와 응용 프로그램을 위한 전용 VCO IC에 의존해야 할 가능성이 높습니다. 또한, GHz 주파수에서 안정된 오실레이터 또는 기타 응용 프로그램으로 사용하기 위한 독특한 시스템을 혁신하고 있다면, 더 비싼 SoC를 구매하기 전에 전체 시스템 설계의 일부로 VCO IC를 사용하는 것이 도움이 됩니다.

중요한 VCO 사양

RG 오실레이터로 사용하기 위한 VCO의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 선형 VCO는 LC 탱크 회로에 통합된 바랙터를 사용하여 사인파 형태의 파형을 생성하도록 설계되었습니다. 이상적인 바랙터는 비선형이지만, 회로에서 조정 범위를 결정할 수 있는 바랙터에 걸리는 전압 강하 범위가 거의 선형으로 근사될 수 있습니다. 이완 발진기는 사각형, 삼각형 또는 톱니 모양의 파형을 생성하도록 설계되었으며 MMIC에서 쉽게 형성됩니다. 불안정한 멀티바이브레이터 VCO는 사각파를 출력하는 이완 발진기의 한 예이지만, 통합 회로를 사용하면 삼각파로 변환할 수 있습니다.

이상적인 VCO는 위상 잡음이 없고 온도 안정성이 제로이며 선형 주파수 범위를 가진 완벽한 사인파/삼각파/톱니파 음색을 출력할 것입니다. 실제 구성 요소는 이러한 방식으로 작동하지 않지만, 종종 가까워질 수 있습니다. RF 오실레이터용 VCO를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 사양은 다음과 같습니다.

• 조정 전압 범위: 이는 장치가 받아들일 수 있는 입력 DC 전압의 범위를 결정하며, 이후 원하는 주파수로 변환됩니다.
• 주파수 범위: 데이터시트에서 찾을 수 있는 주파수 범위는 일반적으로 선형 범위를 보여주는 그래프입니다. 입력 전압 대 출력 주파수 그래프의 상단 끝을 넘어서 증가시키면 출력 주파수가 최대값에서 포화되는 것을 발견할 수 있습니다. 이상적으로는 주파수 범위가 조정 전압의 선형 함수여야 하지만, 항상 그런 것은 아닙니다.
• 조정 범위: 이는 단순히 선형 영역 내에서 주파수 범위를 입력 전압 범위로 나눈 것입니다. 이는 일반적으로 MHz/V 또는 GHz/V 단위의 상수 값으로 인용됩니다.
• 온도 안정성: 다양한 구성 요소는 다른 수준의 안정성을 가집니다. 일반적으로 온도가 증가함에 따라 출력 전력과 출력 주파수가 감소하지만, 감소량은 구성 요소마다 다릅니다. 이는 보드에 필요한 열 관리 조치를 결정할 때 반드시 확인해야 합니다. 오실레이터 유형: VCO에서 사용된 오실레이터의 유형을 반드시 확인하세요(위 참조).
• 고조파/부조파 출력: 일부 VCO는 출력에서 더 높은 고조파나 더 낮은 부조파에 직접 접근할 수 있게 합니다. 일반적으로 기본 주파수의 두 배인 첫 번째 고조파나 기본 주파수의 절반인 첫 번째 부조파가 출력에서 접근 가능합니다.
• 위상 잡음: 이 사양은 라이다 및 레이더에서의 디지털-시간 변환과 같이 정밀한 타이밍이 필요한 응용 프로그램에 있어 중요합니다. VCO가 참조 오실레이터로 사용될 때도 중요한 사양입니다.

RF 오실레이터 VCO 구성 요소 옵션

Analog Devices, HMC739LP4E

Hittite 인수 후, Analog Devices는 Hittite HMC739LP4E VCO를 포트폴리오의 일부로 제공합니다. 이 VCO는 표준 조정 가능한 주파수 출력 외에도 절반 주파수 및 16분의 1 출력을 제공합니다. 표준 주파수는 최대 14 dBm 출력에서 23.8GHz에서 26.8GHz까지 선형적으로 조정될 수 있으며, 이 범위를 넘어서는 조정은 약간 비선형입니다. 비록 조정 범위가 좁지만, 상대적으로 높은 출력 전력을 가지며, 점대점 라디오, 다점대점 라디오 및 VSAT 응용 프로그램에 이상적입니다.

이 MMIC는 GaAs-InGaP 이종 접합 바이폴라 트랜지스터를 중심으로 구축되어 있어 조정 범위 전체에서 효율적인 출력 전력을 제공합니다. 아래 그래프에서 볼 수 있듯이 매우 낮은 위상 잡음도 가집니다.

HMC739LP4E VCO의 SSB 위상 잡음. HMC739LP4E 데이터시트에서 발췌.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

MAOC-009268-PKG003는 GHz 주파수 생성을 위한 InGaP HBT 기반 VCO 중 하나의 옵션입니다. 이 VCO는 최대 9 dBm의 출력 전력으로 12.7에서 14.2 GHz까지 조정 가능한 출력을 제공합니다. 이 구성 요소는 또한 최대 1 dBm의 출력 전력으로 반 주파수 출력을 제공합니다. 이 구성 요소의 한 가지 장점은 출력 전력이 조정 전압 범위에 걸쳐 기본적으로 일정하다는 것입니다, 이는 이전 구성 요소와는 다릅니다. 또한 아래 그래프에서 보여지듯이 우수한 온도 안정성을 가지고 있습니다.

MAOC-009268-PKG003 VCO의 온도 안정성. MAOC-009268-PKG003 데이터시트에서 발췌.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

Texas Instruments의 LMX2531LQE1415E VCO는 통합 PLL을 포함하는 완전한 주파수 합성기 솔루션입니다. 외부 참조 발진기와 결합될 때, 이 장치는 상향 및 하향 변환을 위한 저잡음 로컬 오실레이터 신호를 생성합니다. 또한 분수-N 델타-시그마 변조기(최대 4차)를 사용한 조정을 위한 직렬 제어 인터페이스를 포함합니다. 일부 이상적인 응용 분야로는 위성 통신, 셀룰러 기지국, CATV 및 데이터 변환기를 위한 클로킹이 있습니다.

개방 루프 및 폐쇄 루프 위상 잡음. LMX2531LQE1415E 데이터시트에서 발췌. (Alt text: LMX2531LQE1415E 위상 잡음 그래프) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

시장에서 찾을 수 있는 많은 RF 오실레이터 VCO 구성 요소 중 몇 가지만 소개했습니다. PLL과 통합된 VCO와 같은 저전력 응용 프로그램을 위한 다른 옵션도 있습니다. 이러한 통합 구성 요소와 RF 제품을 위한 많은 더 많은 별도의 VCO IC는 Octopart에서 찾을 수 있습니다.

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