Oscylatory RF: Układy scalone VCO dla produktów mikrofalowych/mmWave

Świat RF może być zniechęcający dla projektanta cyfrowego, a nawigacja pośród komponentów dla różnych systemów może być trudna. Wiele przetwarzania sygnałów analogowych odbywa się na poziomie sprzętowym, a wykonanie zadania wymaga wybrania odpowiednich komponentów analogowych. Jednym z kluczowych komponentów jest oscylator RF, który może być używany jako źródło sygnału lub jako stabilny sygnał referencyjny.

Różne VCO są oceniane dla różnych poziomów sygnałów, ale dają one wygodny sposób na kontrolę częstotliwości twojego oscylatora referencyjnego. Niektóre bezpośrednie zastosowania obejmują modulację częstotliwości bezpośrednią, syntezę częstotliwości i stabilne oscylatory referencyjne. Oto, na co zwrócić uwagę przy wyborze VCO do tych i innych zastosowań.

Zastosowania VCO w produktach RF

Wiele aplikacji bezprzewodowych i RF o niskiej mocy przechodzi w kierunku SoC, gdzie VCO, PLL, komponenty DSP, CPU, ADC/DAC i inne funkcje są integrowane w jedną jednostkę. Dla innych aplikacji o średniej i wysokiej mocy wyjściowej, prawdopodobnie będziesz musiał polegać na dyskretnych komponentach i dedykowanym układzie scalonym VCO dla twojej aplikacji. Ponadto, jeśli innowujesz unikalne systemy do użytku jako stabilne oscylatory lub inne aplikacje na częstotliwościach GHz, pomocne jest użycie układu scalonego VCO jako części ogólnego projektu systemu przed zakupem droższego SoC.

Ważne specyfikacje VCO

Istnieją dwa główne typy VCO do użytku jako oscylatory RG. Liniowy VCO jest zaprojektowany do wytwarzania sinusoidalnej formy fali z zintegrowanym waraktorem w obwodzie LC. Idealne waraktory są nieliniowe, ale istnieje zakres spadków napięcia na waraktorze, który może być przybliżony jako niemal liniowy, co określi zakres strojenia w obwodzie. Oscylatory relaksacyjne są zaprojektowane do wytwarzania fali kwadratowej, trójkątnej lub piłokształtnej i są łatwo formowane na MMIC. Astabilny multivibrator VCO to jeden z przykładów oscylatora relaksacyjnego, który wytwarza falę kwadratową, chociaż może być przekształcony na falę trójkątną za pomocą obwodu integracyjnego.

Idealny VCO będzie wytwarzał doskonale sinusoidalną/trójkątną/piłokształtną tonację bez szumu fazowego, ze stabilnością temperaturową równą zero i z liniowym zakresem częstotliwości. Rzeczywiste komponenty nie działają w ten sposób, ale często mogą się zbliżyć. Oto kilka ważnych specyfikacji do rozważenia przy wyborze VCO do oscylatora RF:

• Zakres strojenia napięcia: Określa zakres napięć wejściowych DC, które urządzenie może przyjąć, a które następnie zostaną przekształcone na pożądaną częstotliwość.
• Zakres częstotliwości: Zakres częstotliwości, który znajdziesz w karcie katalogowej, to zazwyczaj wykres pokazujący liniowy zakres. Jeśli zwiększysz wartość poza górną granicę wykresu napięcia wejściowego względem częstotliwości wyjściowej, zauważysz, że częstotliwość wyjściowa nasyci się na pewnej maksymalnej wartości. Idealnie, zakres częstotliwości powinien być liniową funkcją napięcia strojenia, ale nie zawsze tak jest.
• Zakres strojenia: To po prostu zakres częstotliwości podzielony przez zakres napięcia wejściowego (w obrębie regionu liniowego). Jest to zazwyczaj podawane jako stała wartość w jednostkach MHz/V lub GHz/V.
• Stabilność temperaturowa: Różne komponenty będą miały różne poziomy stabilności. Ogólnie, moc wyjściowa i częstotliwość wyjściowa będą maleć wraz ze wzrostem temperatury, ale dokładna wartość spadku różni się w zależności od komponentu. Upewnij się, że sprawdzisz to, ponieważ określi to, jakie środki zarządzania temperaturą mogą być potrzebne na twojej płytce. Typ oscylatora: Upewnij się, że sprawdziłeś typ oscylatora używanego w VCO (patrz wyżej).
• Wyjście harmoniczne/podharmoniczne: Niektóre VCO pozwolą ci bezpośrednio uzyskać dostęp do wyższej harmonicznej lub niższej harmonicznej na wyjściu. Zazwyczaj pierwsza harmoniczna (podwójna częstotliwość podstawowa) lub pierwsza podharmoniczna (połowa częstotliwości podstawowej) może być uzyskana z wyjścia.
• Szum fazowy: ta specyfikacja jest krytyczna dla aplikacji wymagających precyzyjnego czasu, takich jak konwersja cyfrowo-czasowa w lidarze i radarze. Jest to również krytyczna specyfikacja, gdy VCO jest używane jako oscylator referencyjny.

Opcje komponentów VCO oscylatora RF

Analog Devices, HMC739LP4E

Po przejęciu Hittite, Analog Devices oferuje VCO Hittite HMC739LP4E jako część swojego portfolio. Ten VCO zapewnia wyjścia o połowie częstotliwości i dzielenie przez 16 oprócz standardowego wyjścia o regulowanej częstotliwości. Standardowa częstotliwość może być strojona liniowo od 23,8 do 26,8 GHz przy wyjściu do 14 dBm, z nieco nieliniowym strojeniem poza tym zakresem. Chociaż ma wąski zakres strojenia, charakteryzuje się stosunkowo wysoką mocą wyjściową i jest idealny do zastosowań w radiu punkt-punkt, radiu punkt-wielopunkt i aplikacjach VSAT.

Ten MMIC jest zbudowany wokół tranzystora heterozłączowego GaAs-InGaP, więc zapewnia efektywną moc wyjściową przez cały zakres strojenia. Charakteryzuje się również bardzo niskim szumem fazowym, jak pokazano na poniższych wykresach.

Szum fazowy SSB z VCO HMC739LP4E. Z karty katalogowej HMC739LP4E.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

MAOC-009268-PKG003 od MACOM to jedna z opcji dla VCO na bazie InGaP HBT do generacji częstotliwości w zakresie GHz. Ten VCO zapewnia regulowaną moc wyjściową od 12,7 do 14,2 GHz przy mocy wyjściowej do 9 dBm. Ten komponent oferuje również wyjście o połowie częstotliwości przy mocy wyjściowej do 1 dBm. Jedną z zalet tego komponentu jest to, że moc wyjściowa jest praktycznie stała w zakresie napięcia strojenia, co nie ma miejsca w przypadku poprzedniego komponentu. Posiada również doskonałą stabilność temperaturową, jak pokazano na poniższych wykresach.

Stabilność temperaturowa VCO MAOC-009268-PKG003. Z karty katalogowej MAOC-009268-PKG003.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

LMX2531LQE1415E VCO od Texas Instruments to kompleksowe rozwiązanie syntezatora częstotliwości, które obejmuje zintegrowany PLL. W połączeniu z zewnętrznym oscylatorem referencyjnym, urządzenie to generuje sygnały lokalnego oscylatora o niskim poziomie szumów do konwersji w górę i w dół. Zawiera również interfejs sterowania szeregowego do strojenia z modulatorem delta-sigma o ułamkowej wartości N (do 4. rzędu). Niektóre idealne zastosowania to komunikacja satelitarna, stacje bazowe telefonii komórkowej, CATV oraz taktowanie przetworników danych.

Szum fazowy w pętli otwartej i zamkniętej. Z karty katalogowej LMX2531LQE1415E. (Alt text: Wykresy szumu fazowego LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Przedstawiliśmy tylko kilka z wielu komponentów VCO dla oscylatorów RF, które można znaleźć na rynku. Istnieją inne opcje dla aplikacji o niższym poborze mocy, takie jak PLL z zintegrowanymi VCO. Te zintegrowane komponenty i wiele więcej dyskretnych układów scalonych VCO dla produktów RF można znaleźć na Octopart.

Zachowaj aktualność z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.