实验一 压控振荡器VCO的设计1

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1、实验一压控振荡器VCO的设计（一）实验目的了解压控振荡器VCO的原理和设计方法学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化和仿真。（二）实验内容了解振荡器的主要技术指标使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数进行优化、仿真。观察不同的参数对VCO工作的影响振荡器三个基本模块1.晶体管或电真空器件（主要用于高频大功率）（负阻部件）2.谐振回路：决定振荡器的工作频率因为只有与回路谐振频率一致的交变电磁场才能与电子进行有效的相互作用。3.能量反馈模块（从放大器角度看）振荡器的物理模型振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。如下图所示：（三）振荡器的

2、技术指标输出功率与效率输出谱线纯，纯到只有一根谱线实际输出谱：描述这个谱的参数有：频率稳定度调频噪声和相位噪声pff0振荡器输出的频谱（三）振荡器的技术指标（续）频率稳定度是在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值。它有两种表示方法，即绝对频率稳定度和相对频率稳定度，通常用相对频率稳定度来表示。振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定度，频率的瞬变将产生调频噪声、相位噪声和相位抖动。振荡幅度的随机起伏将引起调幅噪声。（四）ADS软件的使用本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的方法：包括原理图绘制，电路参数的调整优化、仿真等。下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用方

3、法。ADS软件的启动启动ADS进入如下界面创建新的工程文件点击File->NewProject设置工程文件名称（本例中为Oscillator）及存储路径创建新的工程文件（续）工程文件创建完毕后主窗口变为下图创建新的工程文件（续）同时原理图设计窗口打开VCO的设计设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子的参数，选好三极管和变容二极管；第二步是根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏置电阻；第三步是确定变容二极管的VC特性，先由指标（设计的振荡器频率）确定可变电容的值，然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；第四步是进

4、行谐波仿真，分析相位噪音，生成压控曲线，观察设计的振荡器的压控线性度。VCO的设计（续）设计指标：设计一个压控振荡器，振荡频率在1.8GHz左右。第一步根据振荡频率确定选用的三极管，因为是压控振荡器，所以还需要一个变容二极管；第二步需要用到ADS的直流仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行谐波仿真，计算相位噪音。管子的选取设计的振荡器采用HP公司生产的AT41411硅双极管[12]，变容二极管选MV1404。AT41411的主要指标有：低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪音系数是1.8dB；高增益：1GHz时增

5、益为18dB，2GHz时增益为13dB；截止频率：7GHz，有足够宽的频带；1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；振荡器采用的初始电路振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库中均可以找到。偏置电路的设计在电路原理图窗口中点击，打开Componentlibrary按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在该项目中用到的Agilent公司的晶体管把搜索出来的器件拉到电路原理图中，按“Esc”键可以取消当前的动作。选中晶体管，按可以旋转晶体管，把晶体管安放到一

6、个合适的位置。选择probecomponents类，然后在这个类里面选择L_Probe并放在适当的位置，同理可以在“Sources－TimeDomain”里面选择V_DC，在lumpedcomponents里面选择R。在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里需要两个，还有一个OPTIM。在Simulation－DC里面选择一个DC。上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自动给电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”，“Veb”节点。采用双电源供电的方法，

7、设置两个GOAL来进行两个偏置电阻的优化，考虑到振荡器中三极管的工作状态最好是远离饱和区，还要满足三极管1.8GHz时的最佳噪音特性，所以直流偏置优化的目标是Ic=10mA，Vcb＝5.3V，如右图所示。设置接在“C极”上的电阻为600，优化范围为100－1000，把电源改为“12V”。同理，设置接在“E极”上的电阻为400，优化范围为100－1000，把电源改为“－5V”。按“F7”快捷键进行仿真。在DataDisplay窗口，就是新出来的窗口中，按LIST键，选择“R1.R；R2.R”这样就会显示出优化的直流电阻的数值，如下图所示。可变电容VC特性曲线测试新

8、建一个电路原理图窗口如上