MAX2310的VCO儲罐設計

本應用筆記介紹了針對85MHz、190MHz和210MHz常用IF頻率的各種壓控振蕩器（VCO）設計。這些設計減少了優(yōu)化結果所需的迭代次數(shù)。分析可以通過簡單的電子表格程序完成。

VCO設計

圖2所示為MAX2310 IF VCO的差分電路。出于分析目的，必須將油箱電路簡化為等效的簡化模型。圖 1 顯示了基本的 VCO 模型。振蕩頻率可以用EQN1來表征：

EQN1

FOSC = 振蕩頻率

L = 油箱回路中線圈的電感

Cint = MAX2310儲罐端口的內(nèi)部電容

Ct = 諧振電路的總等效電容

圖1.基本VCO模型。

Rn = MAX2310油箱端口的等效負電阻

Cint = MAX2310儲罐端口的內(nèi)部電容

Ct = 諧振電路的總等效電容

L = 油箱回路中線圈的電感

圖2.MAX2310油箱電路

電感L與諧振器的總等效電容和振蕩器的內(nèi)部電容（Ct+C國際）（請參閱圖 1）。C政變提供直流模塊并將變?nèi)?a href="http://ttokpm.com/tags/二極管/" target="_blank">二極管的可變電容耦合到諧振電路。C分用于將儲罐的振蕩頻率居中到標稱值。它不是必需的，但通過允許微調(diào)電感值之間的諧振來增加一定程度的自由度。電阻 （R） 通過調(diào)諧電壓線 （V調(diào)整）。它們的值應選擇得足夠大，以免影響裝載的油箱Q值，但又要足夠小，以便4kTBR噪聲可以忽略不計。電阻的噪聲電壓由K調(diào)制VCO，產(chǎn)生相位噪聲。電容 Cv是坦克中的可變調(diào)諧組件。變?nèi)荻O管的電容（Cv） 是反向偏置電壓的函數(shù)（變?nèi)荻O管模型參見附錄 A）。V調(diào)整是鎖相環(huán) （PLL） 的調(diào)諧電壓。

圖 3 顯示了集總 C流浪VCO 模型。寄生電容和電感困擾著每個RF電路。為了預測振蕩頻率，必須考慮寄生元件。圖3中的電路將寄生元件集中在一個稱為C的電容中流浪。振蕩頻率可以用EQN2來表征：

EQN2

L = 油箱回路中線圈的電感

Cint = MAX2310儲罐端口的內(nèi)部電容

Ccent = 用于居中振蕩頻率的諧振電容器

雜散 = 集總雜散電容

Ccoup = 用于將變?nèi)荻O管耦合到諧振二極管的諧振電容器

Cv = 變?nèi)荻O管的凈可變電容（包括串聯(lián)電感）

Cvp = 變?nèi)荻O管焊盤電容

圖3.集總 C流浪型。

圖 4 描述了詳細的 VCO 模型。它考慮了焊盤的電容，但為簡單起見，不包括串聯(lián)電感的影響。C流浪定義為：

EQN3

CL = 電感的電容

CLP = 電感焊盤的電容

CDIFF = 由并行走線引起的電容

圖4.詳細的VCO模型。

Rn = MAX2310油箱端口的等效負電阻

Cint = MAX2310儲罐端口的內(nèi)部電容

LT = 電感器電路串聯(lián)走線的電感

CDIFF = 由并行走線引起的電容

L = 油箱回路中線圈的電感

CL = 電感的電容

CLP = 電感焊盤的電容

Ccent = 用于居中振蕩頻率的諧振電容器

Ccoup = 用于將變?nèi)荻O管耦合到諧振二極管的諧振電容器

Cvar = 變?nèi)荻O管的可變電容

Cvp = 變?nèi)荻O管焊盤電容

LS = 變?nèi)荻O管的串聯(lián)電感

R = 變?nèi)荻O管反向偏置電阻的電阻

為了簡化分析，電感LT在此設計中被忽略。L的影響T在較高頻率下更明顯。對L引起的頻率偏移進行數(shù)學建模T對于下面的電子表格，C 的值差異可以適當增加。電感最小LT以防止不需要的串聯(lián)共振。這可以通過縮短跡線來實現(xiàn)。

調(diào)諧增益

調(diào)諧增益（K維科）必須最小化以獲得最佳閉環(huán)相位噪聲。環(huán)路濾波器中的電阻以及電阻“R”（圖2）會產(chǎn)生寬帶噪聲。寬帶熱噪聲（

）將調(diào)制VCO維科，以兆赫/伏為單位。有兩種方法可以最小化K維科。一種是最小化VCO必須調(diào)諧的頻率范圍。第二種方法是最大化可用的調(diào)諧電壓。為了最小化VCO必須調(diào)諧的頻率范圍，必須使用嚴格的容差元件，如圖所示。為了最大限度地提高調(diào)諧電壓，需要具有較大順從范圍的電荷泵。這通常是通過使用更大的V來實現(xiàn)的抄送.MAX2310的順從范圍為0.5V至Vcc-0.5V。在電池供電應用中，順從范圍通常由電池電壓或穩(wěn)壓器固定。

無邊角設計的基本概念

VCO設計可制造性與實際組件將需要誤差預算分析。為了設計以固定頻率（fosc）振蕩的VCO，必須考慮組件的容差。調(diào)諧增益（Kvco）必須在VCO中設計，以考慮這些元件容差。元件容差越嚴格，可能的調(diào)諧增益越小，閉環(huán)相位噪聲越低。對于最壞情況下的誤差預算設計，我們將研究三種VCO模型：

最大值組件 （EQN5）

公稱油箱，所有組件完美 （EQN2）

最小值組件 （EQN4）

所有三種VCO型號都必須覆蓋所需的標稱頻率。圖 5 直觀地顯示了三種設計必須如何融合以提供可制造的設計解決方案。對EQN1和圖5的觀察表明，最小值分量會將振蕩頻率移得更高，最大值分量會將振蕩頻率移得更低。

圖5.最壞情況和標稱坦克居中。

必須使用最小調(diào)諧范圍才能設計出具有最佳閉環(huán)相位噪聲的諧振器。因此，標稱諧振電路應設計為覆蓋中心頻率，并考慮器件公差。最壞情況下的高調(diào)諧諧振電路和最壞情況下的低調(diào)諧諧電路應僅調(diào)諧到所需振蕩頻率的邊緣。EQN2 可以通過組件公差進行修改，以產(chǎn)生最壞情況下的高調(diào)諧罐 EQN4 和最壞情況下的低調(diào)諧罐 EQN5。

EQN4

EQN5

TL = 電感的公差百分比 （L）

TCINT = 電容器的公差百分比 （CINT）

TCCENT = 電容器的公差百分比 （CCENT）

TCCOUP = 電容器容差百分比 （CCOUP）

TCV = 變?nèi)荻O管電容 （CV） 的容差百分比

EQN4 和 EQN5 假設流浪者沒有公差。

一般設計程序

步驟 1

估計或測量焊盤電容和其他雜散。MAX2310 Rev C評估板上的雜散電容用Boonton Model 72BD電容計測量。CLP= 1.13pF， C副總裁= 0.82pF， C差異= 0.036pF。

步驟 2

確定電容C的值國際。這可以在第2310頁的MAX2312/MAX2314/MAX2316/MAX5數(shù)據(jù)資料中找到。典型工作特性 TANKH 端口 1/S11 與頻率的關系顯示了幾種常用 LO 頻率的等效并聯(lián) RC 值。附錄 B 包括 C 的表格國際與高頻段和低頻段油箱端口的頻率相比。請記住，LO頻率是IF頻率的兩倍。

例：

對于210MHz的IF頻率（高頻段諧振），LO的工作頻率為420MHz。

步驟 3

選擇電感器。一個好的起點是使用幾何平均值。這將是一個迭代過程。

EQN6

該等式假設 L in （nH） 和 C in （pF） （1x10-9x 1x10-12= 1x10-21）.L = 11.98nH 對于 fOSC= 420兆赫。這意味著總諧振電容C = 11.98pF。電感器的適當初始選擇是 12nH 線藝 0805CS-12NXGBC 2% 容差。

選擇步長有限的電感時，以下公式EQN6.1將很有用。對于固定振蕩頻率f f，總產(chǎn)品LC應為恒定OSC.

EQN6.1

LC = 143.5 表示 fOSC= 420兆赫。使用表3中的電子表格進行試錯過程得出的電感值為18nH 2%，總諧振電路電容為7.9221pF。

圖8

中儲罐的LC產(chǎn)物為142.59，與所需的LC產(chǎn)物143.5足夠接近。人們可以看到這是一個有用的關系。為了獲得最佳相位噪聲，請選擇高 Q 值電感器，如線藝 0805CS 系列?；蛘撸绻詈蚎值可以合理控制，則可以使用微帶電感器。

步驟 4

確定PLL一致性范圍。這是VCO調(diào)諧電壓（V調(diào)整） 將被設計為工作。對于MAX2310，順從范圍為0.5V至Vcc-0.5V。對于Vcc = 2.7V，這會將順從范圍設置為0.5至2.2V。電荷泵輸出將設置此限值。油箱上的電壓擺幅為1Vp-p，以1.6VDC為中心。即使 C 的值很大政變，變?nèi)荻O管不會正向偏置。這是需要避免的情況，因為二極管將整流諧振電路引腳上的交流信號，從而在閉環(huán)PLL中產(chǎn)生不希望的雜散響應和鎖定丟失。

步驟 5

選擇一個變?nèi)荻O管。尋找在指定順應性范圍內(nèi)具有良好的容差的變?nèi)荻O管。保持較小的串聯(lián)電阻。為了獲得品質因數(shù)，請檢查變?nèi)荻O管的自諧振頻率是否高于所需的工作點。看Cv（2.5V）/Cv（0.5V） 比，在您的順從范圍電壓下。如果耦合電容C政變?nèi)绻x擇大，則可以使用 EQN2 計算最大調(diào)諧范圍。電容器 C 的較小值政變將減小此有效頻率調(diào)諧范圍。選擇變?nèi)荻O管時，它應該在您給定的順應范圍內(nèi)中點和終點指定公差。選擇超陡變?nèi)荻O管，如 Alpha SMV1763-079 以實現(xiàn)線性調(diào)諧響應。取總諧振電路電容的值，并將其用于變?nèi)荻O管的Cjo。記住，C政變將減少耦合到水箱的凈電容。

步驟 6

為 C 選擇一個值政變.C 的大值政變通過將更多的變?nèi)荻O管耦合到油箱中來增加調(diào)諧范圍，但代價是降低油箱負載Q。政變將增加耦合變?nèi)荻O管的有效Q和儲罐的負載Q，但代價是減小調(diào)諧范圍。通常，這將選擇盡可能小的調(diào)諧范圍，同時仍然獲得所需的調(diào)諧范圍。選擇 C 的另一個好處政變小之處在于它降低了變?nèi)荻O管兩端的電壓擺幅。這將有助于阻止變?nèi)荻O管的前向偏置。

步驟 7

為 C 選擇一個值分，通常約為 2pF 或更高，以實現(xiàn)公差目的。使用 C分使VCO的標稱頻率居中。

步驟 8

使用電子表格進行迭代。

審核編輯：郭婷