CAD基于施密特触发器的RC压控振荡器.doc

HUNAN UNIVERSITY 基于施密特触发器的RC压控振荡器 学院名称 物理与微电子科学学院 专业班级 电子科学与技术3班 学生学号 20091120323 学生姓名 徐福珍 2012年05月24日 基于施密特触发器的RC压控振荡器 设计任务 用Workview office软件在施密特触发器功能模块的基础上设计一个应满足较高的相位噪声要求，有极快的调谐速度，频温特性和频漂性能好，功率平坦度好，电磁兼容性好，振荡频率在1MHZ以下的RC压控振荡器； 完成其电路的仿真。 设计分析 压控振荡器（voltage-controlled oscillator ,VCO）是一种频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的重要部件。在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。VCO现已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。VCO 对电子系统的性能、尺寸、重量和成本都有决定性的影响。相位噪声是VCO的一项关键参数。低相位噪声的VCO将提高通信系统的频带利用率、增加数据传输系统的数据传输速率。因此VCO对电子系统有着重要的影响。 为适应小型化、轻量化、高性能化、多功能化、 低功耗化和低成本化方面的需求，人们开发了许多工作频率高、性能优异、体积微小、价格合理的VCO产品投放市场，形成了新的微波VCO系列。 设计方案 VCO的基本状态 VCO的发展历史 上世纪初，Armstrong发明了电子管振荡器，经Hartley改进电路设计并开发成功电子管VCO。其振荡频率是通过改变振荡电路中电感器或电容器的参数值来进行调节。我们今天仍在沿用的 Hartley，Colpitts，Clapp，Armstrong，Pierce等经典振荡电路结构，就是当时的研究成果。 上世纪中叶，晶体管问世并很快取代电子管成为振荡电路的有源器件。特别是变容二极管的应用，变容二极管的电容随外加电压的改变而变化，用变容二极管作压控器件，改变其控制电压就可实现VCO振荡频率的调节。这样，晶体管、变容二极管和其他无源元件就构成了分立式的晶体管VCO。它实现了振荡频率的电子调谐。与电子管VCO相比较，晶体管 VCO具有电子调谐、体积小、成本低、功耗小、质量好、调频范围设置简便等优点。晶体管VCO 的发展一定程度上促进了电视技术在当时的迅速推广。 1960年至1980年，晶体管VCO被电子系统设计所广泛采用。到了1980年，情况发生了变化，混合集成的 VCO组件和单片集成的VCOIC出现了。这两种新技术对VCO的发展产生了重要的影响。VCO从此就开始步入现代VCO技术的发展时期。变容二极管、电容器、电感器等元器件的小型化为制造VCO组件创造了条件。虽然分立元件的晶体管VCO具有按用户要求设计工作频率和调谐范围的灵活性，但一般在生产中需要耗费大量的人工对确定频率的元件进行调试，以消除元件误差对频率的影响。此外，分立元件VCO需要良好的屏蔽，其尺寸也比较大，已不能完全满足现代无线电子系统发展的要求。 20世纪80年代末、90年代初，移动电话迅速发展，对带封装的振荡器组件的需求也日益增长。这为VCO组件的发展提供了难得的市场机遇。各VCO组件厂商开发了适合不同应用领域所需频率的产品。由于表面安装元件的不断小型化（1206，0805，0603，0402和0201），新开发的VCO组件的尺寸也越来越小，成本也越来越低。目前，VCO组件达到了新的水平，其体积已减小到4 mm×5 mm×2mm，大批量供货VCO的销售单价已降至1美元左右。VCO组件在15年中其尺寸急剧减小，满足了蜂窝电话等新型无线移动装置对小型化的要求。 20世纪90年代末期，出现了一种尺寸更小、成本更低的单片集成VCO技术，它是一种半导体集成电路器件，其全部电路元件均集成在同一芯片上。这种器件像VCO组件一样，是一个完整的VCO，具有封装和外引线。首批单片集成VCO采用2英寸GaAs IC工艺和单片微波集成电路（MMIC）技术制造，是为卫星接收机和雷达系统研制的。其工作频率高达数GHz，但成本高昂。大多数早期单片GaAs VCO的研究工作都是针对军事应用展开的，很少涉及民用领域。 1990年Si-IC技术在高频化和无源元件集成方面获得重大进展，开发成功工作频率很高的晶体管、变容二极管和单片集成的高 Q值电感器与高频电容器。这为高频硅单片集成VCO的研究与开发奠定了技术基础。人们为大批量生产成本低、体积小、工作在800～2500MHz频段的VCO开展了大量的研究与开发工作。 1992年，美国California大学首先报道了硅单片VCO IC的研究成果。其后，对硅单片V