VCO Voice COder 話(huà)音編碼器
主要介紹：
即壓控振蕩器，是射頻電路的重要組成部分。
射頻電路多采用調(diào)制解調(diào)方式，因此嚴(yán)重依賴(lài)本振。而現(xiàn)代通信技術(shù)要求復(fù)用、跳頻等新技術(shù)，采用電壓控制振蕩回路中電容的電容量，進(jìn)而改變振蕩回路諧振頻率就成為實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的手段之一。
壓控振蕩器與普通本振相比，在諧振回路中多出了電控器件，比如變?nèi)荻䴓O管；一般壓控振蕩器多以克拉潑振蕩器形式存在，以保證電路工作點(diǎn)和Q值的穩(wěn)定性。
設(shè)計(jì)方面介紹：
電壓控制(壓控)振蕩器(VCO)
藍(lán)牙收發(fā)器
◆藍(lán)牙發(fā)射器 藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)信號(hào)采用高斯頻移鍵控(GFSK)方式調(diào)制，發(fā)射數(shù)據(jù)(Tx)通過(guò)高斯濾波器濾波后，
用濾波器的輸出對(duì)VCO頻率進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)串行輸入數(shù)據(jù)流邏輯電平，VCO頻率會(huì)從其中心頻率向正負(fù)兩端
偏離，偏移量決定了發(fā)射器的調(diào)制指數(shù)，調(diào)制的信號(hào)經(jīng)放大后由天線(xiàn)發(fā)射出去。
藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)信號(hào)在半雙工模式下工作，用一個(gè)RF多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(位于天線(xiàn)前)將天線(xiàn)連接到發(fā)射或接收模式。
◆藍(lán)牙接收器 與設(shè)備接收部分相似，從另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)射來(lái)的GFSK信號(hào)也是由天線(xiàn)接收的。在這期間
，開(kāi)關(guān)與低噪聲放大器(LNA)相連，對(duì)接收到的信號(hào)(Rx)進(jìn)行放大。下一級(jí)混頻器將接收信號(hào)下變換到IF
頻率(一般為幾MHz)，進(jìn)行該步驟時(shí)用于發(fā)射的PLL/VCO部分作為接收器下變頻本機(jī)振蕩器使用，將IF信號(hào)
解調(diào)并恢復(fù)出數(shù)據(jù)。
擴(kuò)展頻譜
藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)通信的一個(gè)獨(dú)特之處就是它使用了擴(kuò)頻技術(shù)，該技術(shù)原來(lái)是為軍事應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，因?yàn)檐娛聭?yīng)用中
無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送必須安全可靠。傳統(tǒng)意義上的窄帶應(yīng)用要消耗更多功率，在一個(gè)頻率上停留的時(shí)間很長(zhǎng)，因
此頻譜很容易被檢測(cè)到；而將發(fā)射器功率分配(擴(kuò)展)到更大的帶寬上之后，此時(shí)信號(hào)看起來(lái)更像隨機(jī)噪聲
，這相當(dāng)于犧牲帶寬效率來(lái)?yè)Q取可靠性和安全性。由于功率密度較低，這些系統(tǒng)對(duì)其它信號(hào)接收器干擾小
，而且即便存在信號(hào)丟失頻段，數(shù)據(jù)也可以在其它頻率恢復(fù)，從而增強(qiáng)了對(duì)干擾和噪聲的抵抗能力。兩種
最主要的擴(kuò)頻形式是跳頻(FHSS)和直接序列(DSSS)，用原始數(shù)據(jù)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制并使用與每個(gè)鏈路端點(diǎn)跳
頻代碼一致的頻率范圍發(fā)射時(shí)(圖2)使用FHSS系統(tǒng)。采用這種方式后，由于某個(gè)頻率干擾而丟失的數(shù)據(jù)可
以通過(guò)另一個(gè)頻率發(fā)射，F(xiàn)HSS中的擴(kuò)展代碼生成器直接用GFSK調(diào)制技術(shù)對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)制。
振蕩器自其誕生以來(lái)就一直在通信、電子、航海航空航天及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域扮演重要的角色，具有廣泛的用途
。在無(wú)線(xiàn)電技術(shù)發(fā)展的初期，它就在發(fā)射機(jī)中用來(lái)產(chǎn)生高頻載波電壓，在超外差接收機(jī)中用作本機(jī)振蕩器
，成為發(fā)射和接收設(shè)備的基本部件。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，振蕩器的用途也越來(lái)越廣泛，例如在無(wú)線(xiàn)
電測(cè)量?jī)x器中，它產(chǎn)生各種頻段的正弦信號(hào)電壓:在熱加工、熱處理、超聲波加工和某些醫(yī)療設(shè)備中，它
產(chǎn)生大功率的高頻電能對(duì)負(fù)載加熱;某些電氣設(shè)備用振蕩器做成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制;電子鐘和電子手表
中采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩電路作為定時(shí)部件等。尤其在通信系統(tǒng)電路中，壓控振蕩器(VCO)是其關(guān)鍵
部件，特別是在鎖相環(huán)電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和頻率綜合器電路等更是重中之重，可以毫不夸張地說(shuō)在電子
通信技術(shù)領(lǐng)域，VCO幾乎與電流源和運(yùn)放具有同等重要地位。
對(duì)振蕩器的研究未曾停止過(guò)。從早期的真空管時(shí)代當(dāng)后期的晶體管時(shí)代，無(wú)論是理論上還是電路結(jié)構(gòu)和性
能上，無(wú)論是體積上還是制作成本上無(wú)疑都取得了飛躍性的進(jìn)展，但在很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)都是處在用分離
元件組裝而成的階段，其性能較差，成本相對(duì)較高，體積較大和難以大批量生產(chǎn)。隨著通信領(lǐng)域的不斷向
前推進(jìn)，終端產(chǎn)品越來(lái)越要求輕、薄、短、小，越來(lái)越要求低成本、高性能、大批量生產(chǎn)，這對(duì)于先前的
分離元件組合模式將不再勝任，并提出新的要求和挑戰(zhàn)。集成電路各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展迎合了這些要求，特別
是主流CMOS工藝提供以上要求的解決方案，單片集成振蕩器的研制取得了極大的進(jìn)步。
然而，由于工藝條件的限制，RF電路的設(shè)計(jì)多采用GaAs, Bipolar, BiCMOS工藝實(shí)現(xiàn)，難以和現(xiàn)在主流的
標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝集成。因此，優(yōu)性能的標(biāo)準(zhǔn)的CMOS VCO設(shè)計(jì)成為近年來(lái)RF電路設(shè)計(jì)的熱門(mén)課題。
近年來(lái)，隨著通信電子領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)像振蕩器等這種基礎(chǔ)部件
的要求更是如此。但多年來(lái)我國(guó)在這方面的研究投入無(wú)論在軍用還是民用上均不夠重視，僅限于在引進(jìn)和
改進(jìn)狀態(tài)，還沒(méi)有達(dá)到質(zhì)的跨越，沒(méi)有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)，也之所以在電子通信類(lèi)滯后發(fā)達(dá)國(guó)家的一個(gè)
重要原因。而且我國(guó)多數(shù)仍然利用傳統(tǒng)的雙極工藝，致使產(chǎn)品在體積上、重量上、成本上都較大，各種參
數(shù)性能不夠優(yōu)越，穩(wěn)定性差、難以和現(xiàn)代主流CMOS工藝集成等等都是我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。
我國(guó)在電子通信領(lǐng)域市場(chǎng)潛力非常大，自主研究高性能、高質(zhì)量、低成本的壓控振蕩器市場(chǎng)前景廣闊、意
義巨大。
1.2 VCO的主要性能指標(biāo)
VCO的性能指[4]標(biāo)主要包括:頻率調(diào)諧范圍，輸出功率，(長(zhǎng)期及短期)頻率穩(wěn)定度，相位噪聲，頻譜純度
，電調(diào)速度，推頻系數(shù)，頻率牽引等。
頻率調(diào)諧范圍是VCO的主要指標(biāo)之一，與諧振器及電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。通常，調(diào)諧范圍越大，諧振器的Q
值越小，諧振器的Q值與振蕩器的相位噪聲有關(guān)，Q值越小，相位噪聲性能越差。
振蕩器的頻率穩(wěn)定度包括長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度，它們各自又分別包括幅度穩(wěn)定度和相位穩(wěn)定度。長(zhǎng)期
相位穩(wěn)定度和短期幅度穩(wěn)定度在振蕩器中通常不考慮;長(zhǎng)期幅度穩(wěn)定度主要受環(huán)境溫度影響，短期相位穩(wěn)
定度主要指相位噪聲。在各種高性能、寬動(dòng)態(tài)范圍的頻率變換中，相位噪聲是一個(gè)主要限制因素。在數(shù)字
通信系統(tǒng)中，載波信號(hào)的相位噪聲還要影響載波跟蹤精度。
其它的指標(biāo)中，振蕩器的頻譜純度表示了輸出中對(duì)諧波和雜波的抑制能力；推頻系數(shù)表示了由于電源電壓
變化而引起的振蕩頻率的變化；頻率牽引則表示了負(fù)載的變化對(duì)振蕩頻率的影響；電調(diào)速度表示了振蕩頻
率隨調(diào)諧電壓變化快慢的能力。
在壓控振蕩器的各項(xiàng)指標(biāo)中，頻率調(diào)諧范圍和輸出功率是衡量振蕩器的初級(jí)指標(biāo)，其余各項(xiàng)指標(biāo)依據(jù)具體
應(yīng)用背景不向而有所側(cè)重。例如，在作為頻率合成器的一部分時(shí)，對(duì)VCO的要求，可概括為一下幾方面:應(yīng)
滿(mǎn)足較高的相位噪聲要求；要有極快的調(diào)諧速度，頻溫特性和頻漂性能要好；功率平坦度好；電磁兼容性
好。
1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)外許多廠家都已生產(chǎn)出針對(duì)不同應(yīng)用的VCO。表1-1分別是具有代表性的國(guó)內(nèi)十三所和Agilent
公司生產(chǎn)的部分壓控振蕩器產(chǎn)品的部分指標(biāo)：
表1－1
型號(hào) 頻率范圍（GHz） 調(diào)頻電壓（V） 工作電壓/電流（V/mA） 輸出功率（dBm） 相噪（dBc/Hz）
HE487 3.0~3.7 0~15 12/30 +12 1.5
-90@10KHz
HE488 3.7~4.2 0~15 12/30 +10 1.5
-87@10KHz
VTO-8200 2.0~3.0 2~24 15/50 +10 1.5
-95@50KHz
VTO-8240 2.4~3.7 2~30 15/50 +10 1.5
-95@50KHz
VTO-8360 3.6~4.3 8~24 15/50 +10 1.5
-100@50KHz
上述產(chǎn)品中，封裝形式均為T(mén)O-8封裝。對(duì)于封裝內(nèi)的電路中一般使用的是晶體管管芯和變?nèi)荻䴓O管管芯，
這樣可減少管腳分布電感、電容的影響，減少對(duì)分布參數(shù)的考慮。但是，制作此類(lèi)封裝需專(zhuān)門(mén)設(shè)備，制作
工藝復(fù)雜，進(jìn)入門(mén)檻高，產(chǎn)品價(jià)格較高。頻率較高時(shí)，這些參數(shù)對(duì)電路性能的影響非常顯著。需要在設(shè)計(jì)
時(shí)仔細(xì)考慮，選擇合適的電路形式，盡量降低電路對(duì)器件參數(shù)的敏感度。
另外，自前還用一種稱(chēng)為YIG(釔鐵右榴石)的鐵氧體器件作為諧振器的壓控振蕩器，諧振頻率用外磁場(chǎng)調(diào)
諧，調(diào)諧帶寬可以很寬，因?yàn)閅IG諧振器可以有很高的Q值，YIG振蕩器的相位噪聲性能很好。但由于成本
較高，且較難設(shè)計(jì)，所需電流大，調(diào)諧速度較變?nèi)荻䴓O管調(diào)諧的VCO慢。本設(shè)計(jì)只分析設(shè)計(jì)了采用變?nèi)荻?BR> 極管調(diào)諧的壓控振蕩器。
開(kāi)放、專(zhuān)業(yè)、智能的通信詞語(yǔ)解釋大全
