當(dāng)帶寬被拉薄時(shí)，壓控振蕩器(VCXO)是關(guān)鍵解決方案

當(dāng)帶寬被拉薄時(shí)，壓控振蕩器(VCXO)是關(guān)鍵解決方案

由于帶寬需求空前高漲，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在無線通信應(yīng)用中更頻繁地使用壓控振蕩器（VCXO）。

隨著 5G 即將到來，在家工作的人比以往任何時(shí)候都多，對(duì)高帶寬的需求空前高漲。幸運(yùn)的是，現(xiàn)代 IC 提供了復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制方案，以充分利用這些高帶寬通信通道。

盡管如此，也有助于設(shè)計(jì)人員解決與帶寬需求相關(guān)的問題的一個(gè)組件是壓控振蕩器，它越來越多地出現(xiàn)在許多模擬和射頻信號(hào)處理系統(tǒng)中。  

壓控振蕩器的基本原理

設(shè)計(jì)工程師可以利用壓控振蕩器 (VCXO) 來改進(jìn)射頻和無線通信應(yīng)用，而不必?fù)?dān)心過多的噪聲、高功耗和系統(tǒng)占用空間。

可以通過查看電氣世界中最常用的振蕩器 LC 電路來研究振蕩器的基本原理。該振蕩器的基本功能是來回交替能量。

由于電容器和電感器的強(qiáng)度隨時(shí)間衰減，LC 振蕩器會(huì)產(chǎn)生非理想信號(hào)

能量流過電容器，在電容器放電到電感器之前，它以電場(chǎng)形式存儲(chǔ)在極板之間。電感器將能量存儲(chǔ)為磁場(chǎng)，然后能夠?qū)㈦姾蓚魉突爻跏茧娙萜靼?，重新啟?dòng)該過程——這一次，電流以相反方向流動(dòng)。

這種振蕩器的一個(gè)缺點(diǎn)是其有限的設(shè)計(jì)靈活性：設(shè)計(jì)人員無法在不添加相關(guān)電路的情況下控制輸出信號(hào)。

由于已知振蕩器是自主非線性電路，因此創(chuàng)建可控變化將立即改變游戲規(guī)則是有道理的。對(duì)可控解決方案的需求導(dǎo)致了壓控振蕩器的誕生。VCXO 指在輸出可通過輸入電壓控制的周期性信號(hào)。

VCXO的類型

振蕩器分為兩組：調(diào)諧和未調(diào)諧。調(diào)諧振蕩器在反饋路徑中使用頻率選擇電路并產(chǎn)生正弦信號(hào)。另一方面，未調(diào)諧的振蕩器避免了環(huán)路輔助電路并產(chǎn)生非線性信號(hào)（三角形、鋸齒形、方形）。

LC、RC 和 SC 電路是屬于調(diào)諧類別的振蕩器，在經(jīng)典力學(xué)中也稱為諧波振蕩器。

未調(diào)諧的振蕩器，例如張弛振蕩器，在高開關(guān)和充電電流的情況下表現(xiàn)出對(duì)噪聲敏感的重復(fù)行為。由于尺寸大且缺乏高質(zhì)量的無源電感器，調(diào)諧振蕩器可能難以集成到系統(tǒng)中。

在基于諧波和弛豫的振蕩器中操縱頻率以改變輸出也很困難。這就是 VCXO 對(duì)設(shè)計(jì)人員來說是一個(gè)有用的解決方案的地方。

用于無線通信的VCXO

在收發(fā)器上集成用于無線通信的 VCXO將需要外部諧振器以增強(qiáng)無線信道。

VCXO 在鎖相環(huán) (PLL) 中運(yùn)行良好，PLL 是一種產(chǎn)生具有固定參考信號(hào)的信號(hào)的控制系統(tǒng)。由于其緊湊的尺寸，許多設(shè)計(jì)人員將環(huán)形振蕩器用于 PLLS 以進(jìn)行數(shù)字時(shí)鐘生成和數(shù)據(jù)恢復(fù)。然而，環(huán)形振蕩器不穩(wěn)定并且會(huì)快速耗散能量。這些振蕩器需要在輸入級(jí)進(jìn)行監(jiān)控，這意味著增加了組件和成本。

      請(qǐng)記住，由于 VCO 需要高功耗、大調(diào)諧范圍和外部分立元件，它們將導(dǎo)致更大的設(shè)計(jì)占用空間。

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