E1648压控振荡器原理分析

汪杰

摘要：本文将介绍压控振荡器原理并以E1648构成压控振荡器为例，分析压控振荡器工作原理。在无线接收、卫星通信中的锁相环路、广播电视接收中都有广泛应用。

关键词：压控振荡器，电压频率变化控制。

压控振荡器简单的说就是振荡频率ωo（t）受控制电压Vc（t）控制的振荡器。压控振荡一般可通过变容二级管来实现。因为变容二级管的电容是承外加偏置电压的变化而变化，通过偏置电压去控制变容二级管电容的控制达到对振荡器频率的控制。在锁相环路中压控振荡器的输出频率是受鉴相器输出的相位（或频率）误差电压控制，当压控振荡器的频ωo与输入信号的频率，不同步时，则鉴相器两输入信号（ui uo）之间的相位差Qe是时变的，鉴相器输出是与相位（频率）相关的误差电压ud（t），该误差电压通过低通滤波器滤波，加到压控振荡器上，由于相位负反馈作用，该控制电压Vc将向少uo与ui之间的频率差的方向改变压控振荡器的频率，使压控振荡器的频率ωo与输入信号频率同步。所以压控振荡器可看成电压——频率变换器。

为了进一步说明由变容管构成的压控振荡器，电压控制频率的原理，将压控振荡器的具体电路画于下图1-1（采用了E1648构成的压控振荡器）。

为了说明电压对频率的控制过程，先讨论一下变容二级管的偏置电压和振荡频率的关系。

变容管等效电路如图1-2

图中Cc—结电容，随对加电压的变化而变化：Rs—串联电阻，包括引线电阻，接触电阻和体电阻。

Rp—结电阻，由P—N结反向电流决定。

Ls—引线电感：Cc—支架电容（管电容）

变容管电容与外加偏置电压的关系为：

C=CO/（V+V4）n

其中V4为接触电阻，硅管为0.5～0.7v；V为外加偏置电压。

CO—零偏压时变容管电容。n—变容指数，空变结n=0.5

当n=0.5时， 则由变容管和电感构成的振荡回路的频率为：

这就是振荡频率与外加偏置电压的关系；从这关系式中可以看出频率与偏置电压的关系，即当偏置电压越大时振荡频率越大，反之振荡频率就越小。这个偏置电压就是由鉴相器输出经环路滤波器变换的与相位或频率相关的控制电压Vc。

下面分析E1648——压控振荡器的原理：

E1648压控振荡器线路如图1-3

由图4-11可看出，振荡器E1648由研大部分组成：（1）振荡电路；（2）放大电路；（3）偏置电路。主振电路由T7、T8和T9组成；放大器由第一级T4、T5组成其基——其发放大器与第二级由T3和T2构成的差动放大器组成。经T1射级跟随器输出。

主振电路如图4-12所示，其振荡回路外接10、12端引线，由T7和T8构成差动放大器，它们的射极接在一个可控恒流源（T9）上，T8的集电极输出同时加到T7的基极上，以形成正反馈，而产生振荡，其振荡频率fv取决于槽路中的LC值，即槽路电感L和变容管的电容值（看图4-9）决定振荡频率fv：

只有LC并联谐振阻抗最大时，正反馈最强，此时最容易起振。差分放大器及时补充能量，并经T6负反馈（D1电平移位）加至T9的基极上，而使振荡幅度能够稳定。

偏置电源：是为了主振电路和传输放大器提供必要的偏置电压。偏置电路由T10、T11、T12、T13和T14五支管子组成，如图4-11。

传输放大器：一是为了使振荡器得到所需的输出电平值，另一个作用是起隔离缓冲的作用，以防止输出信号反射回来干扰主振电路。这就相当于提高了E1648的短期稳定度。这级共基极——其发射极放大器，还使T5管的“密勒电容”CM大大减小，

即：CM=C5/（1+U5）

式中Cc5—T5管内反馈电容，Vu5—T5管电压放大倍数。

又因为T4管近似共基极应用，输入阻抗很低，使得Uu5很小，所以只有内反馈电容和其它杂散電容一起并在外回路上，大约有6PF左右，这样就为加大外接电容提供了可能性，进一步提高了振荡的稳定性，减少了因电路工作状态的变化所带来的影响，从而降低了压控振汤器自身引起的相位噪声。

第二级是差动放大器，为了使压控振荡器输出电平与ECLⅢ系列的标准电平值相容，采用了ECL电路标准门的输出形式即射极跟随器。经对电路的分析可看出该电路产生振荡的机理是由主振电路即T7、T8及T9组成的正反馈回路产生，而其振荡频率则是由E12040的槽路电感和电容（此处为两支变容二极管的电容）值决定。槽路中的电容用两支变容二级管串联获得，这种方法能改善振荡频率和偏置电压之间的非线性关系。

参考文献：

[1]唐攀.基于CMOS工艺的毫米波压控振荡器芯片设计[D].电子科技大学，2015.

[2]陈超.CMOS压控振荡器的研究[D].南京理工大学，2013.

[3]姚婧婧，赵红东，毛键，赵彦凤.锁相环电路中压控振荡器的分析与设计[J].电子设计工程，2011，19（24）：177-180.

[4]张振宇，程德福，王君，周志坚.光泵磁力仪中压控振荡器的设计与实现[J].仪器仪表学报，2011，32（02）：279-283.endprint