RF-генераторы: Интегральные схемы VCO для продуктов микроволнового/миллиметрового диапазона

Мир РЧ может показаться сложным для цифрового дизайнера, и выбор компонентов для различных систем может быть затруднителен. Множество аналоговой обработки сигналов выполняется на уровне аппаратного обеспечения, и для выполнения работы требуется выбор правильных аналоговых компонентов. Одним из критически важных компонентов является РЧ-генератор, который может использоваться как источник сигнала или как стабильный эталонный сигнал.

Различные VCO рассчитаны на разные уровни сигналов, но они предоставляют удобный способ контроля частоты вашего эталонного генератора. Некоторые непосредственные применения включают прямую модуляцию частоты, синтез частоты и стабильные эталонные генераторы. Вот на что стоит обратить внимание при выборе VCO для этих и других приложений.

Применение VCO в РЧ-продуктах

Многие беспроводные и РЧ-приложения с низким энергопотреблением переходят на SoC, где VCO, PLL, компоненты DSP, CPU, ADC/DAC и другие функции интегрируются в единую единицу. Для других приложений с промежуточной и высокой мощностью выходного сигнала, вероятно, придется полагаться на дискретные компоненты и специализированный VCO IC для вашего приложения. Кроме того, если вы инновационно разрабатываете уникальные системы для использования в качестве стабильных генераторов или других приложений на частотах ГГц, использование VCO IC в качестве части общего системного проектирования перед покупкой более дорогого SoC может быть полезным.

Важные характеристики VCO

Существует два основных типа VCO для использования в качестве РЧ-генераторов. Линейный VCO разработан для производства синусоидальной волны с интегрированным варикапом в LC-контуре. Идеальные варикапы являются нелинейными, но есть диапазон падений напряжения на варикапе, который может быть аппроксимирован как почти линейный, что определит диапазон настройки в схеме. Релаксационные генераторы разработаны для производства квадратной, треугольной или пилообразной волны и легко формируются на MMIC. Одним из примеров релаксационного генератора, выдающего квадратную волну, является астабильный мультивибратор VCO, хотя его можно преобразовать в треугольную волну с помощью интегрирующей схемы.

Идеальный VCO будет выдавать идеально синусоидальный/треугольный/пилообразный тон без фазовых шумов, с нулевой стабильностью по температуре и с линейным диапазоном частот. Реальные компоненты работают не так, но они часто могут приближаться к этому. Вот некоторые важные характеристики, которые следует учитывать при выборе VCO для РЧ-генератора:

• Диапазон настройки напряжения: Определяет диапазон входных постоянных напряжений, которые устройство может принимать, после чего они преобразуются в желаемую частоту.
• Диапазон частот: Диапазон частот, указанный в техническом описании, обычно представляет собой график, показывающий линейный диапазон. Если увеличить напряжение выше верхнего предела графика входного напряжения против выходной частоты, вы увидите, что выходная частота насыщается на некотором максимальном значении. В идеале диапазон частот должен быть линейной функцией напряжения настройки, но это не всегда так.
• Диапазон настройки: Это просто диапазон частот, деленный на диапазон входных напряжений (в линейной области). Обычно это значение указывается как постоянная величина в единицах МГц/В или ГГц/В.
• Стабильность по температуре: Разные компоненты будут иметь разные уровни стабильности. В общем случае мощность на выходе и выходная частота будут уменьшаться с увеличением температуры, но точное количество уменьшения варьируется в зависимости от компонента. Обязательно проверьте это, так как это определит, какие меры терморегулирования могут потребоваться на вашей плате. Тип осциллятора: Обязательно проверьте тип используемого в VCO осциллятора (см. выше).
• Гармонический/субгармонический выход: Некоторые VCO позволяют напрямую получить доступ к более высокой или более низкой гармонике на выходе. Обычно первая обертон (в два раза больше основной частоты) или первый субтон (половина основной частоты) могут быть получены с выхода.
• Фазовый шум: эта спецификация критически важна для приложений, требующих точного времени, таких как цифро-временное преобразование в лидаре и радаре. Это также критическая спецификация, когда VCO используется в качестве опорного осциллятора.

Варианты компонентов RF осциллятора VCO

Analog Devices, HMC739LP4E

После приобретения Hittite компания Analog Devices предлагает VCO Hittite HMC739LP4E в качестве части своего портфеля. Этот VCO обеспечивает выходы с половинной частотой и делением на 16, помимо стандартного настраиваемого выхода частоты. Стандартная частота может быть настроена линейно от 23,8 до 26,8 ГГц при выходной мощности до 14 дБм, с незначительно нелинейной настройкой за пределами этого диапазона. Несмотря на узкий диапазон настройки, он имеет относительно высокую выходную мощность и идеален для радио точка-точка, радио точка-многоточка и приложений VSAT.

Этот MMIC построен на основе гетеропереходного биполярного транзистора GaAs-InGaP, поэтому он обеспечивает эффективную выходную мощность на протяжении всего диапазона настройки. Также он имеет очень низкий фазовый шум, как показано на графиках ниже.

Фазовый шум SSB от VCO HMC739LP4E. Из технического описания HMC739LP4E.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

MAOC-009268-PKG003 от MACOM - это один из вариантов VCO на основе InGaP HBT для генерации частоты в ГГц. Этот VCO обеспечивает настраиваемый выход с 12.7 до 14.2 ГГц при мощности выходного сигнала до 9 дБм. Этот компонент также предлагает выход с половинной частотой при мощности выходного сигнала до 1 дБм. Одно из преимуществ этого компонента заключается в том, что мощность выходного сигнала практически постоянна в диапазоне настройки напряжения, чего не скажешь о предыдущем компоненте. Он также обладает отличной температурной стабильностью, как показано на графиках ниже.

Температурная стабильность VCO MAOC-009268-PKG003. Из технического описания MAOC-009268-PKG003.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

LMX2531LQE1415E VCO от Texas Instruments - это полное решение для синтезатора частот, которое включает в себя интегрированный ФАПЧ. В сочетании с внешним опорным генератором, это устройство генерирует сигналы локального осциллятора с низким уровнем фазовых шумов для преобразования вверх и вниз. Также включает последовательный интерфейс управления для настройки с помощью модулятора дельта-сигма дробного N порядка (до 4-го порядка). Некоторые идеальные применения включают спутниковую связь, базовые станции сотовой связи, CATV и тактирование для преобразователей данных.

Фазовые шумы в открытом и закрытом контуре. Из технического описания LMX2531LQE1415E. (Alt text: Графики фазовых шумов LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Мы представили лишь несколько из множества компонентов VCO для РЧ осцилляторов, которые можно найти на рынке. Существуют и другие варианты для приложений с низким энергопотреблением, такие как ФАПЧ с интегрированными VCO. Эти интегрированные компоненты и многие другие дискретные микросхемы VCO для РЧ продуктов можно найти на Octopart.

Чтобы быть в курсе наших последних статей, подпишитесь на нашу рассылку.