Bộ dao động RF: Mạch tích hợp VCO cho các sản phẩm vi sóng/mmWave

Thế giới RF có thể là một thách thức đối với nhà thiết kế kỹ thuật số, và việc điều hướng qua các loại linh kiện cho các hệ thống khác nhau có thể khó khăn. Rất nhiều xử lý tín hiệu analog được thực hiện ở cấp độ phần cứng, và để hoàn thành công việc đòi hỏi phải chọn đúng các linh kiện analog. Một linh kiện quan trọng là dao động RF, có thể được sử dụng như một nguồn tín hiệu hoặc như một tín hiệu tham chiếu ổn định.

Các VCO khác nhau được đánh giá cho các mức tín hiệu khác nhau, nhưng chúng cung cấp cho bạn một cách thuận tiện để kiểm soát tần số của dao động tham chiếu của bạn. Một số ứng dụng ngay lập tức bao gồm điều chế tần số trực tiếp, tổng hợp tần số, và dao động tham chiếu ổn định. Dưới đây là những điều cần chú ý khi chọn một VCO cho những ứng dụng này và các ứng dụng khác.

Ứng dụng VCO trong Sản phẩm RF

Nhiều ứng dụng không dây và RF công suất thấp đang chuyển hướng tới SoCs, nơi một VCO, PLL, các thành phần DSP, CPU, ADC/DAC, và các chức năng khác được tích hợp vào một đơn vị duy nhất. Đối với các ứng dụng công suất ra trung bình và cao, bạn sẽ cần phải dựa vào các linh kiện rời và một IC VCO chuyên dụng cho ứng dụng của mình. Ngoài ra, nếu bạn đang đổi mới các hệ thống độc đáo để sử dụng như các dao động ổn định hoặc các ứng dụng khác ở tần số GHz, việc sử dụng một IC VCO như một phần của thiết kế hệ thống tổng thể trước khi mua một SoC đắt tiền hơn sẽ hữu ích.

Thông số Kỹ thuật VCO Quan trọng

Có hai loại chính của VCO để sử dụng như dao động RG. Một VCO tuyến tính được thiết kế để sản xuất một sóng hình sin với một varactor tích hợp trong một mạch LC tank. Các varactor lý tưởng là phi tuyến, nhưng có một phạm vi sụt áp qua varactor có thể được xem xấp xỉ như gần như tuyến tính, điều này sẽ xác định phạm vi điều chỉnh trong mạch. Các dao động thư giãn được thiết kế để sản xuất một sóng vuông, tam giác, hoặc sóng cưa và dễ dàng hình thành trên một MMIC. Một VCO đa hồi không ổn định là một ví dụ về dao động thư giãn phát ra sóng vuông, mặc dù điều này có thể được chuyển đổi thành sóng tam giác với một mạch tích hợp.

Một VCO lý tưởng sẽ phát ra một tông sóng hình sin/tam giác/sóng cưa hoàn hảo với không có nhiễu pha, ổn định nhiệt độ bằng không, và với một phạm vi tần số tuyến tính. Các linh kiện thực tế không hoạt động theo cách này, nhưng chúng thường có thể tiếp cận gần. Dưới đây là một số thông số kỹ thuật quan trọng cần xem xét khi chọn một VCO cho một dao động RF:

• Khoảng điều chỉnh điện áp: Điều này sẽ xác định khoảng điện áp DC đầu vào mà thiết bị có thể chấp nhận, sau đó sẽ được chuyển đổi thành tần số mong muốn.
• Khoảng tần số: Khoảng tần số bạn tìm thấy trong bảng dữ liệu thường là một đồ thị cho thấy một khoảng tuyến tính. Nếu bạn tăng điện áp đầu vào vượt quá giới hạn trên của đồ thị điện áp đầu vào so với tần số đầu ra, bạn sẽ thấy rằng tần số đầu ra sẽ bão hòa ở một giá trị tối đa nào đó. Lý tưởng nhất, khoảng tần số nên là một hàm tuyến tính của điện áp điều chỉnh, nhưng không phải lúc nào cũng vậy.
• Khoảng điều chỉnh: Đây chỉ đơn giản là khoảng tần số chia cho khoảng điện áp đầu vào (trong vùng tuyến tính). Thông thường, giá trị này được trích dẫn như một giá trị hằng số đơn vị MHz/V hoặc GHz/V.
• Ổn định nhiệt độ: Các thành phần khác nhau sẽ có các mức độ ổn định khác nhau. Nói chung, công suất đầu ra và tần số đầu ra sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên, nhưng lượng giảm cụ thể thay đổi tùy theo thành phần. Hãy chắc chắn kiểm tra điều này vì nó sẽ xác định các biện pháp quản lý nhiệt độ nào có thể cần thiết trên bo mạch của bạn. Loại dao động: Hãy chắc chắn kiểm tra loại dao động được sử dụng trong VCO (xem ở trên).
• Đầu ra hài hòa/phụ hài hòa: Một số VCO sẽ cho phép bạn trực tiếp truy cập vào một hài hòa cao hơn hoặc một hài hòa thấp hơn trên đầu ra. Thông thường, âm đầu tiên (gấp đôi tần số cơ bản) hoặc âm phụ đầu tiên (một nửa tần số cơ bản) có thể được truy cập từ đầu ra.
• Độ nhiễu pha: thông số kỹ thuật này rất quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi thời gian chính xác, như chuyển đổi từ số sang thời gian trong lidar và radar. Đây cũng là một thông số kỹ thuật quan trọng khi một VCO được sử dụng như một dao động tham chiếu.

Lựa Chọn Thành Phần Dao Động RF VCO

Analog Devices, HMC739LP4E

Sau khi mua lại Hittite, Analog Devices cung cấp VCO Hittite HMC739LP4E như một phần của danh mục sản phẩm của họ. VCO này cung cấp đầu ra chia tần số một nửa và chia cho 16 bên cạnh đầu ra tần số điều chỉnh tiêu chuẩn. Tần số tiêu chuẩn có thể được điều chỉnh tuyến tính từ 23.8 đến 26.8 GHz với công suất đầu ra lên đến 14 dBm, với việc điều chỉnh không tuyến tính ngoài khoảng này. Mặc dù có khoảng điều chỉnh hẹp, nhưng nó có công suất đầu ra tương đối cao và lý tưởng cho các ứng dụng radio điểm-điểm, radio điểm-đa điểm, và VSAT.

MMIC này được xây dựng xung quanh một transistor bipolar heterojunction GaAs-InGaP, vì vậy nó cung cấp công suất đầu ra hiệu quả trong suốt khoảng điều chỉnh. Nó cũng có độ nhiễu pha rất thấp, như được thể hiện trong các đồ thị dưới đây.

Độ nhiễu pha SSB từ VCO HMC739LP4E. Từ bảng dữ liệu HMC739LP4E.

MACOM, MAOC-009268-PKG003

MAOC-009268-PKG003 từ MACOM là một lựa chọn cho VCO dựa trên InGaP HBT để tạo ra tần số GHz. VCO này cung cấp đầu ra có thể điều chỉnh từ 12.7 đến 14.2 GHz với công suất đầu ra lên đến 9 dBm. Thành phần này cũng cung cấp đầu ra nửa tần số lên đến 1 dBm công suất đầu ra. Một lợi ích của thành phần này là công suất đầu ra cơ bản là ổn định qua phạm vi điện áp điều chỉnh, điều này không phải là trường hợp với thành phần trước đó. Nó cũng có độ ổn định nhiệt độ xuất sắc, như được thể hiện trong các biểu đồ dưới đây.

Độ ổn định nhiệt độ của VCO MAOC-009268-PKG003. Từ tài liệu dữ liệu MAOC-009268-PKG003.

Texas Instruments, LMX2531LQE1415E

LMX2531LQE1415E VCO từ Texas Instruments là một giải pháp tổng hợp tần số hoàn chỉnh bao gồm một PLL tích hợp. Khi kết hợp với một dao động tham chiếu bên ngoài, thiết bị này tạo ra tín hiệu dao động cục bộ ít nhiễu cho việc chuyển đổi lên và xuống. Nó cũng bao gồm một giao diện điều khiển nối tiếp để điều chỉnh với một bộ điều chế delta-sigma phân số-N (lên đến bậc 4). Một số ứng dụng lý tưởng bao gồm truyền thông vệ tinh, trạm gốc di động, CATV và đồng hồ cho bộ chuyển đổi dữ liệu.

Độ nhiễu pha vòng mở và vòng đóng. Từ tài liệu dữ liệu LMX2531LQE1415E. (Alt text: Biểu đồ độ nhiễu pha của LMX2531LQE1415E) https://drive.google.com/open?id=17CohCZB3_NKahnxiUMZC3tmM7tJezroq

Chúng tôi đã giới thiệu chỉ một vài trong số nhiều thành phần VCO dao động RF bạn có thể tìm thấy trên thị trường. Có những lựa chọn khác cho các ứng dụng công suất thấp hơn, như PLL với VCO tích hợp. Những thành phần tích hợp này và nhiều IC VCO rời khác cho sản phẩm RF có thể được tìm thấy trên Octopart.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.