vco генератор что это

Генераторы управляемые напряжением (ГУН)

Преимуществом LC-генераторов является возможность их перестройки по частоте. В настоящее время перестройка по частоте осуществляется емкостью варикапов. Это позволяет перестраивать генератор по частоте при помощи управляющего напряжения, поэтому подобные устройства называются генераторами управляемыми напряжением (ГУН). Иностранное название — VCO. Пример принципиальной схемы ГУН приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема LC-генератора перестраиваемого напряжением

Приведенный на схеме генератор выполнен по схеме Клаппа. Для стабилизации режима работы в диапазоне температур применена схема эмиттерной стабилизации. Для того, чтобы индуктивность L1 не замкнула базу транзистора VT1 на корпус, служит конденсатор C4. Перестройка по частоте осуществляется варикапом VD1. Диапазон перестройки ограничивается конденсатором С1. Он же не допускает шунтирования управляющего напряжения индуктивностью частотнозадающего контура L1. Пример зависимости выходной частоты генератора от управляющего напряжения приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Типовая характеристика зависимости частоты выходного колебания от управляющего напряжения

Обычно сигнал на выходе генератора в частотной области изображают в виде дельта функции. Однако в реальных генераторах это не так. Частотная зависимость напряжения на выходе генератора зависит от уровня шумов усилительного прибора и чистоты напряжения питания. Кроме того на эту зависимость влияют параметры частотнозадающего контура. Именно контур приводит к резкому падению уровня шумов при удалении от частоты генерации.

То, что усилительный элемент генератора работает в режиме ограничения напряжения, приводит к тому, что остается только фазовая составляющая шума, а амплитудная срезается. Типовая зависимость спектра сигнала на выходе генератора синусоидального колебания приведена на рисунке 2.

Рисунок 3. Спектр сигнала на выходе LC-генератора

Как видно из данного рисунка, спектральная линия сигнала на выходе генератора, в том числе и ГУН, симметрична. Поэтому на графиках обычно приводится только половина сигнала. Пример зависимости уровня фазовых шумов от отстройки от центральной частоты несущего колебания приведен на рисунке 3.

Рисунок 4. Зависимость уровня фазовых шумов от отстройки от основного колебания генератора

Наличие этих шумов приводит к тому, что при применении генератора в составе супергетеродина, помехи, даже далеко отстоящие по частоте, преобразуются в полосу полезного сигнала. Они воспринимаются приемником как дополнительный шум, а в передатчике повышают уровень шумов на соседних частотных каналах, поэтому уровень фазовых шумов стараются снижать. Один из способов понижения фазового шума приведен на рисунке 4.

Рисунок 5. Принципиальная схема ГУН JTOS-850VW+

Транзистор VT2 с конденсатором C4 подавляют фазовые шумы в зоне малых отстроек от частоты генерации. Перестраиваемый фильтр L2, C7, C8, VD3, VD4 подавляет гармоники полезного сигнала генератора.

Генераторы управляемые напряжением (VCO) выполняют как в виде экранированных печатных плат на поликоровой или фторопластовой печатных платах, как это приведено на рисунке 5, так и в виде интегральных микросхем.

Рисунок 6. Внешний вид ГУН серии DCSR

Чертеж корпуса LFCSP интегральной микросхемы ГУН (VCO) HMC1169 фирмы Analog Devices приведен на рисунке 6. Он позволяет оценить габариты современного исполнения генераторов управляемых напряжением.

Рисунок 7. Чертеж корпуса микросхемы ГУН HMC1169 фирмы analog devices

Дата последнего обновления файла 19.12.2019

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Источник

Vco генератор что это

Как правило, именно качество этих управляемых генераторов, например, быстродействие или уровень шумов выходного сигнала, определяют качество разрабатываемого РЧ устройства в целом. Зачастую такие генераторы должны перестраиваться в широком диапазоне частот, работать при малых напряжениях питания, в жестких климатических условиях.

Рис. 14.1. Функционирование ГУН

Рис. 14.2. Иллюстрация эффекта “ухода” частоты ГУН

Явление затягивания частоты должно быть минимизировано, особенно в тех случаях, когда каскады усиления мощности в структуре передатчиков находятся близко к ГУН. При этом импульсный режим работы УМ, при котором существенно меняются параметры усилителя, может оказывать влияние на выходную частоту ГУН. Такая паразитная обратная связь может приводить даже к срыву процессов РЧ синхронизации ГУН.

Как уже говорилось, для формирования опорных частот, необходимых для обработки сигналов в РЧ блоке, обычно используются генераторы, управляемые напряжением ГУН, частоты которых стабилизируются с помощью синтезаторов частот СЧ. Такое решение используется в связи с тем, что большинство РЧ блоков требует перекрытия значительного диапазона рабочих частот, при этом номиналы входных и выходных рабочих частот должны принимать заранее определенные точные (канальные) значения. Частота выходного колебания, формируемого с помощью петель ФАПЧ в СЧ, изменяется при перестройке ГУН с помощью вариации параметров цепи ФАПЧ.

Для перестройки генераторов по частоте в определенном диапазоне обычно используются варикапы. В некоторых ГУН варикапы используются также для модуляции, например в DECT системе, где генерируется GMSK сигнал с постоянной огибающей

Во многих приложениях в генераторах использует дискретные, объемные высокодобротные резонаторы. Даже приложения с менее жесткими требованиями, где может быть использован традиционный перестраиваемый LC контур, трудно полностью интегрировать резонатор в корпус ИС. Кроме того, должен быть найден метод, чтобы электрически перестроить интегрированный резонатор в необходимом диапазоне частот. Внутрикорпусные варикапы с требуемыми характеристиками не всегда могут быть получены.

Выходные квадратурные сигналы обычно получаются от однофазного колебания с помощью внешних фазосдвигающих RC-CR цепей, многофазной RC цепи или делителей частоты. При этом появляется неизбежная потеря РЧ энергии в этих цепях, буферные каскады между генератором и фазосдвигающими цепями потребляют значительный ток.

Для реализации данных особенностей были разработаны различные варианты схемотехнического построения ГУН, применяемые в РЧ оборудовании систем подвижной связи. Следует отметить, что в настоящее время рядом фирм-изготовителей разработаны и выпускаются в интегральном исполнении ГУН, обладающие различными параметрами и характеристиками вплоть до 4-5 ГГц.

Рис. 14.3. Использование широкополосного (а) и четырех коммутируемых (б) ГУН для перекрытия требуемого рабочего диапазона частот

При этом диапазон аналоговой перестройки отдельного ГУН и его чувствительность к помехам по управляющему входу резко уменьшается, что иллюстрирует рис…. Если генератор используется в петле ФАПЧ, настройка на необходимую частоту производится путем комбинации цифровой коммутации диапазона для грубой перестройки и изменения аналогового напряжения управления для точной подстройки частоты. В результате может быть достигнут необходимый широкий диапазон перестройки ГУН для использования в РЧ блоках многомодовых устройств.

Рис. 14.4. Использование области перекрытия ГУН

В том случае, если ГУН используется в передатчике и для введения ЧМ производится его прямая модуляция, необходимо обеспечить некоторые области перекрытия ( Overlap Regions ) характеристик перестройки частоты ГУНов на краях поддиапазонов (рис. 14.4). Эти области перекрытия должны быть достаточными для введения модуляции при использовании крайних рабочих каналов. Область перекрытия должна также охватить статистические колебания технологического разброса параметров набора внутрикорпусных элементов настройки.

В РЧ блоках радиооборудования ССПО используются:

Рис. 14.5. Разновидности коммутируемых ГУН

Можно произвести деление ГУН на ряд групп. Наиболее известными группами являются:

В настоящее время разработчики РЧ оборудования производят выделение и других групп ГУН. При этом в качестве классификационного признака может выделяться какая-либо топологическая или схемотехническая особенность, параметр схемы или выходного сигнала.

Конечно, в силу постоянной тенденции к полной интеграции РЧ блока, наибольший интерес разработчиков проявляется к исследованию технологически удобных структур ГУН, поддающихся размещению в корпусе ИС. Можно выделить три основных метода построения управляемых генераторов, которые наиболее часто используются для реализации в интегральном исполнении :

Общая структура ралаксационного (а) и кольцевого (б) генераторов

Следует отметить, что очень часто производится деление генераторов на два класса в соответствии с их топологией: несимметричные (небалансные) ГУН ( single ended VCO ) к которым относят, например, различные варианты традиционных емкостных и индуктивных трехточек и симметричные дифференциальные ГУН ( differential VCO ).

Несимметричная (а) и симметричная (б) с дифференциальным выходом структуры ГУН с варакторным управлением частотой выходных колебаний

Источник

Как вы понимаете, напряжение на фильтре петли будет варьироваться depentent тока к нему.

Ладно, поехали далее и закажите Phase loocked цикл системы (PLL).

Я добавил несколько частей в систему. Генератор, управляемый напряжением (ГУН), и делитель частоты (N делитель), где скорость делитель может быть установлен в любом количестве. Поясним систему на примере:

Как вы можете видеть мы кормим A вход фазового детектора с опорной частоты 50kHz.
В этом примере ГУН имеет эти данные.
Vout = 0V дать 88MHz из генератора
Vout = 5V дать 108MHz из генератора.
Делитель N установлен в DIVID с 1800.

Первый ( V_вне ) Является 0V и ГУН ( F_вне ) Будет колебаться около 88 МГц. Частота от ГУН ( F_вне ) Делится с 1800 (N делителя) и на выходе будет около 48.9KHz. Эта частота подается с на вход B фазового детектора. Фазовый детектор сравнивает два входных частот и с A выше, чем B, Ток накачки будет поставлять ток в фильтр выходного контура. Доставлен ток поступает в фильтр контура и преобразуется в напряжение ( V_вне ). Поскольку ( V_вне ) Начнут расти, ГУН ( F_вне ) Частота также увеличивается.

Когда ( V_вне ) Является 2.5V частота ГУН является 90 МГц. Делитель делит его с 1800 и выход будет = 50KHz.
Теперь оба A и B фазового компаратора 50kHz и ток накачки останавливается, чтобы доставить тока и ГУН ( F_вне ) Остаться в 90MHz.

Что happends если ( V_вне ) Является 5V?
В 5V VCO ( F_вне ) Частота 108MHz и после делителя (1800) частота будет около 60kHz. Сейчас B вход фазового детектора имеет более высокую частоту, чем A и ток накачки начинает цинк ток от контурного фильтра и тем самым напряжение ( V_вне ) Будет снижаться.
Reslut системы ФАПЧ в том, что фазовый детектор фиксирует частоту ГУН к требуемой частоте, используя фазовый компаратор.
Изменяя значение делителя N, можно заблокировать VCO на любую частоту от 88 чтобы 108 МГц с шагом 50kHz.
Я надеюсь, что этот пример дает понимание системы PLL.
В синтезатор частоты цепей как LMX-серии можно запрограммировать как N делителя и опорную частоту для многих комбинаций.
Схема также имеет чувствительную высокочастотный вход для зондирования ГУН с делителем N.
Для получения дополнительной информации я предлагаю вам скачать спецификацию схемы.

Оборудование и схема
Пожалуйста, посмотрите на схему, чтобы последовать моему описание функции. Основной генератор базируется вокруг транзистора Q1. Этот генератор называется Колпитс генератор и это управляемый напряжением для достижения FM (частотная модуляция) и контроль PLL. Q1 должен быть ВЧ транзистор, чтобы хорошо работать, но в данном случае я использовал дешевый и общий BC817 транзистор, который прекрасно работает.
Осциллятор нужен LC бак правильно колебаться. В этом случае LC бак состоит из L1 с варикапа D1 и два конденсатора (C4, C5) на база-эмиттер транзистора. Значение C1 будет установить диапазон VCO.
Большая величина C1 шире будет диапазон VCO быть. Поскольку емкость варикапа (D1) зависит от напряжения над ним, емкость будет меняться с измененным напряжения.
Когда изменение напряжения, так будет частота генерации. Таким образом вам достичь функцию VCO.
Вы можете использовать много различных варикапа ДИОД, чтобы это заработало. В моем случае я использую варикап (SMV1251), который имеет широкий спектр 3-55pF для обеспечения диапазон ГУН’а (88 чтобы 108MHz).

Внутри пунктирной синей коробке вы найдете устройство аудио модуляции. Это устройство также включать в себя второй варикап (D2). Это варикапа смещен с напряжением постоянного тока около 3-4 вольт постоянного тока. Это varcap также входит в ЖК бака конденсатором (C2) из 3.3pF. Входной аудиосигнал проходит конденсатор (C15) и добавлены в напряжение постоянного тока. Поскольку изменение аудио вход напряжения по амплитуде, общее напряжение на варикапа (D2) также изменится. В качестве эффекта это емкость будет меняться, и так будет частота LC бак.
У вас есть частотная модуляция несущего сигнала. Глубина модуляции устанавливается амплитуды входного сигнала. Сигнал должен быть около 1Vpp.
Просто подключите аудио в отрицательной стороне C15. Теперь вы удивляетесь, почему я не использую первый варикап (D1) для модуляции сигнала?
Я мог бы сделать это, если частота будет установлена, но в этом проекте частотный диапазон 88 чтобы 108MHz.
Если вы посмотрите на варикапа кривой слева от схемы. Вы можете легко увидеть, что относительная емкость изменить больше на низком напряжении, чем это делает на высоком напряжении.
Представьте себе, я использовать аудиосигнал с постоянной амплитудой. Если бы я модулирует (D1) варикап с этой амплитуды глубина модуляции будет отличаться в зависимости от напряжения над варикапа (D1). Помните, что напряжение на варикапа (D1) составляет около 0V на 88MHz и + 5V на 108MHz. За счет использования двух варикапа (D1) и (D2) я получаю такую ​​же глубину модуляции от 88 к 108MHz.

Теперь посмотрим на право цепи LMX2322 и вы найдете VCTCXO генератора опорной частоты.
Этот генератор основан на очень точный VCTCXO (Voltage Controlled рефрижераторы кварцевый генератор) на 16.8MHz. Pin 1 является входным калибровки. Напряжение здесь должна быть 2.5 Вольт. Производительность VCTCXO кристалла в этой конструкции настолько хорош, что вам не нужно делать какие-либо опорный настройки.

Небольшую часть энергии ГУН обратной к схеме ФАПЧ через резистор (R4) и (C16).
PLL будет использовать частоту ГУН регулировать напряжение настройки.
В контактном 5 из LMX2322 вы найдете PLL фильтр, чтобы сформировать ( V_{мелодия} ), Который является регулирующий напряжение ГУН.
PLL пытаются регулировать ( V_{мелодия} ), Так что частота ГУН генератор блокируется на требуемой частоте. Вы также найдете TP (контрольная точка) здесь.

Выше Вы можете скачать (PDF) Filer, который является на текстолите черного цвета. На плате отражается, потому что печатается сторона сторона должна развенчала доску во время ультрафиолетового облучения.
Справа вы найдете рис, показывающий монтаж всех компонентов на одной плате.
Это, как реальная плата должна выглядеть, когда вы собираетесь паять компоненты.
Это плата, изготовленная для поверхностного монтажа компонентов, поэтому cuppar находится на верхнем слое.
Я уверен, вы все еще можете использовать смонтированных в отверстия компонентов, а также.

Серый область cuppar и каждый компонент является привлечь в разные цвета всех, чтобы сделать его легко определить для вас.
Масштаб PDF является 1: 1 и картина справа увеличивается с 4 раз.
Кликните на картинке, чтобы увеличить ее.

сборка
Хорошо выполненное заземление в системе РФ. Я использую нижний слой, как землю и подключить его с верхним слоем в нескольких местах (пять через отверстия), чтобы получить хорошую подготовку.
Просверлить маленькое отверстие через PCB припой провод в каждом через отверстие для подключения верхний слой с нижним слоем, который является основанием слой.
Пять сквозных отверстий можно легко найти на печатной плате и на сборочном рисунке справа, они помечены «GND» и отмечены красным цветом.

Powerline:
Следующим шагом является подключить питание.
Добавить V1 (78L05), C13, C14, C20, C21

Опорный генератор VCTCXO 16.8 МГц.
Следующим шагом является получить действующего генератора опорного кристаллов.
Добавьте VCTCXO (16.8MHz), C22, R5, R6.
Контрольная работа:
Подключите питание и убедитесь, что у вас есть + 5V вольт после V1.
Подключите осциллограф или частотомер к pin3 от VCTCXO и убедитесь, что у вас есть колебание 16.8MHz.

ГУН:
Следующий шаг, чтобы убедиться, осциллятор начинают колебаться.
Добавить Q1, Q2,
L1, L2, L3, L4
D1, D2,
C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C18, C19,
R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17

Теперь подключите резистор 50 Ом от выхода RF к земле в качестве «фиктивной» нагрузки.
Если у вас нет эквивалент нагрузки или антенны транзистор Q2 сломает легко.

При подключении питание, генератор должен начать колебаться.
Вы можете подключить осциллограф к выходу РФ, чтобы исследовать сигнал.
Убедитесь, что вы 3-4V DC на стыке R13-R14.

TP это «контрольная точка», напряжение которой ( V_{мелодия} ) Будет установлен с помощью схемы PLL.
Вы можете использовать этот выход для измерения напряжения VCO для проверки устройства. Поскольку схема PLL не был добавлен еще, мы можем использовать это TP в качестве входных данных для тестирования ГУН и диапазон VCO.
Напряжение на TP установит частоты колебаний.
Если вы подключите TP к земле, ГУН будет колеблющихся в он низкая частота.
Если вы подключите TP до + 5V, ГУН будет колеблющихся в он высокая частота.
Изменяя напряжение на TP вы можете настроить ГУН на любую частоту в диапазоне VCO.
Если у вас есть радио в одной комнате вы можете использовать его, чтобы найти частоту VCO.
На данный момент нет модуляции передатчика, но вы все равно найдете перевозчика с приемником FM.

Индуктивность L1 повлияет на частоту VCO и ГУН в диапазоне очень много.
По интервал / сжатия L1 вы легко изменить частоту VCO.
В моей тестовой Я временное подключенный TP на землю и использовать мой Частотомер проверить
, частота ГУН колебался в. Тогда я на расстоянии / сжатый L1 пока я не получил 88MHz.
С TP был соединен с землей я знаю 88MHz будет самым низким частота генерации ГУН.
Тогда я повторного подключения TP до + 5V и снова проверил частоты колебаний. На этот раз я получил 108MHz.
Если у вас нет частотомер можно использовать любой FM-радио, чтобы найти несущую частоту.
В этот момент опорный генератор работает и так делать ГУН.
Пора добавить последние компоненты.

PLL:
Добавить схему LMX2322, C15, C16, C17, R1, R2, R3, R4
Схема LMX небольшой, поэтому вы должны быть осторожны пайки его.

Пайка в LMX2322
А вот большой проблемой.
Нажмите здесь, чтобы увидеть фото и читать, как паять SOIC и SMD компонентов.
Схема представляет собой мелкий шаг цепи SO-ИК и эта маленькая ошибка может сделать вашу жизнь несчастной.
Не волнуйся, я объясню, как с ним обращаться. Используйте тонкий свинцовый припой и чистую инструмент для пайки.
Я начинаю с зацикливаться одной ноге на каждой стороне контура и делает, что это правильно размещены.
Тогда я припаять все другие ноги, и я не волнует, если будут какие-то свинцовые мосты.
После этого пора убираться, и для этого я использую «фитиль».
Припоя является плоский, плетеный медный оболочка ищет весь мир, как экранирование на фоно мозга (кроме того, что экранирование из луженой) без мозга.
Я пропитать фитиль с некоторым канифоли и поместите его на ногах и мостов схемы. Фитиль затем нагревается паяльником, и расплавленный припой течет вверх косу под действием капиллярных сил.
После этого, все мосты уже не будет и схема выглядит идеально.
Вы можете найти фитиль и канифоль в моем страница компонент.

Более думать о:

Как сделать iductors L1
Индуктор L1 установит частотный диапазон:

Вот как это делается:

Я использую эмалированный медный провод из 0.8mm. Эта катушка должна быть 3 получается с диаметром 6.5mm, поэтому я использую сверло 6.5 мм. (Картина выше показать катушка 4 получается!)
Сначала я делаю «пустышку», чтобы измерить длину куска проволоки. Я наматываю провод на 3 оборота, делаю соединение направленным вниз и разрезаю провода.

Затем я растягиваю «пустышку» обратно на провод, чтобы измерить ее длину (провод вверху). Я беру новую проволоку и делаю ее такой же длины (проволока внизу).
Я использую острым лезвием бритвы на пустом месте эмали на обоих концах нового прямого провода. Эта новая проволока идеально подходит в длину и не эмаль не охватывают два конца.
(Вы должны удалить эмаль перед завернул медный провод вокруг сверла, иначе катушка будет плохо и по форме, и пайки.)

Я беру новый прямой медный провод и оберните его вокруг сверла и свести концы указывают вниз. Я припаять концы и катушки готов.
(Картина выше показать катушка 4 получается!)

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

ГУН обычно можно разделить на две группы в зависимости от типа создаваемого сигнала.

Контроль частоты

Для низкочастотной ГУН, других методов изменения частоты (например, изменяя скорость зарядки конденсатора с помощью управляемого напряжения источника тока ) используется (см функционального генератора ).

Частота кольцевого генератора регулируется путем изменения либо напряжения питания, тока, доступного для каждого каскада инвертора, либо емкостной нагрузки на каждом каскаде.

Уравнения фазовой области

Моделирование ГУН часто не связано с амплитудой или формой (синусоида, треугольная волна, пилообразная волна), а скорее с ее мгновенной фазой. Фактически, основное внимание уделяется не сигналу временной области A sin ( ωt + θ ₀ ), а скорее аргументу синусоидальной функции (фазе). Следовательно, моделирование часто выполняется в фазовой области.

Мгновенная частота ГУН часто моделируется как линейная зависимость от его мгновенного управляющего напряжения. Выходная фаза генератора представляет собой интеграл от мгновенной частоты.

Для анализа системы управления полезны преобразования Лапласа вышеуказанных сигналов.

Дизайн и схемы

Генераторы LC

Кварцевые генераторы

А кварцевый генератор, управляемый напряжением (VCXO), используется для точной настройки рабочей частоты. Частота кварцевого генератора, управляемого напряжением, может изменяться на несколько десятков частей на миллион (ppm) в диапазоне управляющего напряжения обычно от 0 до 3 вольт, поскольку высокая добротность кристаллов позволяет регулировать частоту только в небольшом диапазоне. частот.

А VCXO с температурной компенсацией (TCVCXO) включает компоненты, которые частично корректируют зависимостьрезонансной частотыкристаллаот температуры. Тогда меньшего диапазона регулирования напряжения будет достаточно для стабилизации частоты генератора в приложениях, гдеизменяетсятемпература, например, принагреваниивнутрипередатчика.

Генераторы часов

Синтезаторы частот

Синтезатор частот генерирует точные и регулируемые частоты на основе стабильных одночастотных часов. С цифровым управлением генератором на основе синтезатора частот может служить в качестве цифровой альтернативы аналоговых цепей управляемого напряжения генератора.

Приложения

Аналоговые контуры фазовой автоподстройки частоты обычно содержат ГУН. Высокочастотные ГУН обычно используются в цепях фазовой автоподстройки частоты для радиоприемников. Фазовый шум является наиболее важной характеристикой в ​​этом приложении.

ГУН звуковой частоты используются в аналоговых музыкальных синтезаторах. Для них наиболее важными характеристиками часто являются диапазон развертки, линейность и искажения. ГУН звуковой частоты для использования в музыкальном контексте в 1980-х годах были в значительной степени вытеснены их цифровыми аналогами, генераторами с цифровым управлением (DCO), из-за их стабильности выходного сигнала при изменении температуры во время работы. С 1990-х годов музыкальное программное обеспечение стало доминирующим методом генерации звука.

Источник