当带宽被拉长时，电压控制振荡器是一个关键的解决方案

随着5G即将到来，以及比以往更多的人在家工作，对高带宽的需求达到了历史最高水平。幸运的是，现代集成电路提供了复杂的数字调制方案来充分利用这些高带宽通信通道。

不过，帮助设计师解决带宽需求相关问题的一个组件是压控振荡器，它越来越多地出现在许多模拟和射频信号处理系统中。

电压控制振荡器的基本原理

设计工程师可以利用压控振荡器(VCOs)来改善射频和无线通信应用，而不必担心过度噪声、高功耗和系统占用空间。

的振荡器原理可以通过研究电子世界中最常用的振荡器，LC电路来进行研究。这个振荡器的基本功能是来回交替能量。

由于电容和电感的强度随着时间的推移而衰减，LC振荡器产生非理想信号。图片由伍斯特理工学院

能量通过电容器流动，在放电到电感器之前，它以电场的形式储存在两板之间。电感以磁场的形式储存能量，然后将电荷输送回最初的电容器板，重新启动这一过程——这一次，电流流向相反的方向。

这类振荡器的一个缺点是其有限的设计灵活性:设计者没有办法控制输出信号而不添加伴随电路。

由于振荡是一种自发的非线性电路，所以制造一种可控的变化将会瞬间改变游戏规则，这是有意义的。对可控解决方案的需求导致了电压控制振荡器(VCOs)的产生。VCOs的设计目的是输出周期性信号，可以通过输入电压进行控制。

类型的配装

振荡器分为两类:调谐的和未调谐的。调谐振荡器在反馈路径内使用频率选择电路并产生正弦信号。另一方面，非调谐振荡器避免了回路辅助电路并产生非线性信号(三角形、锯齿形、正方形)。

LC、RC和SC电路是属于调谐类别的振荡器，在经典力学中也被称为谐振振荡器。

非调谐振荡器，如弛豫振荡器，在高开关和充电电流的情况下表现出对噪声敏感的重复行为。由于调谐振荡器体积大，缺乏高质量的无源电感，因此很难集成到系统中。

同时也很难控制谐波振荡器和弛豫振荡器的频率来改变输出。对于设计人员来说，VCO是一种有用的解决方案。

VCOs在无线通信中的应用

为无线通信集成VCOs在收发器上将需要外部谐振器来增强无线信道。

VCOs在锁相环(PLL)中工作良好，PLL是一种产生具有固定参考信号的信号的控制系统。由于环形振荡器体积小，许多设计师将其应用于锁相环的数字时钟生成和数据恢复。然而，环形振子并不稳定，能量耗散很快。这些振荡器需要在输入阶段进行监控，这意味着增加部件和成本。

锁相环图，包括VCO。图片由彼得·金盖，贝尔实验室

请记住，由于VCOs需要高功耗、大的调优范围和外部分立组件，它们将导致更大的设计占用空间。

模拟设备介绍四频VCOs

举例说明VCOs的一些核心原则，Analog Devices (ADI)最近推出了一系列四频VCOs据说为射频和微波应用提供宽频带能力、降噪和低功耗。

HMC8074功能图。图片由阿迪

ADI的四种新的窄带VCOs包括HMC8364、8362和8074。这些装置在高密度情况下有优势，因为它们是由砷化镓组成的。每个解决方案都配有谐振器、负阻器件和压控变容二极管。

ADI似乎试图用新的VCOs系列来解决当前振荡器的关键挑战。例如，在尺寸方面，占地面积为6mm × 6mm，不需要外部配套组件。ADI还说，这种设备消耗的能量很少，并且通过内置谐振器消除了进入系统的不必要噪音。

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你在压控振荡器方面有什么工作经验?这个设备的挑战和优点是什么?请在下面的评论中分享你的想法。