免调节中频VCO: 第一部分: 设计考虑

，对于一个给定的调谐电压范围，有限的可变电容限制了频率调谐范围，而且，VCO的电性能要求往往进一步将调谐范围限制在更窄的区间内。

不幸的是，过大的调谐范围还会给振荡器带来一些负面影响。很宽的调谐范围要求压变电容至槽路间有很重的容性耦合，这会严重降低谐振电路的品质因数Q。所带来的结果便是更大的相位噪声(谐振幅度与晶体管噪声之比降低)；对调谐线噪声更高的灵敏度(这将直接转换为频率调制)；压变电容两端过大的电压摆幅；潜在的启动问题；以及给环路滤波器设计带来很大的困难等。这些因素导致的结论就是，过量的调谐范围不受欢迎。事实上，它不应大于吸收所有误差因素的最低需要。

较宽的调谐范围可通过两个容易理解的途径增大振荡器的相位噪声：降低谐振电路Q值和调谐线噪声的影响。要获得更宽的调谐范围，压变电容必须通过一个更大的电容耦合到谐振电路。这会降低CV (等效可变电容)的Q值，如方程2所示。CV的Q值降低同时使谐振电路净Q值也降低，因而导致相位噪声增加，如方程6所示。

致使相位噪声增加的第二个因素是调谐输入端的热噪声，它会产生频率调制的边带噪声。该项噪声随着调谐范围而增加，并有可能超过振荡器的固有相位噪声。由热噪声引起的相位噪声可由下式计算：

显然，两种情况的相位噪声都随着调谐范围的增加而增大。因此要使免调节VCO保持较低的相位噪声，至关重要的是设定一个恰当的调谐范围，保证带宽要求并能容纳各种可预见的误差源。

由于压变电容耦合的加重，更多的谐振电压摆幅会出现在压变电容两端，而压变电容电压的摆幅必须加以限制以防压变电容被正向偏置。这就限制了谐振电路中的信号功率，因而也就影响到振荡器的相位噪声。最后，当谐振电路的等效串联电阻过大时还会带来起振问题(参见基本方程)。频率调谐范围过宽的VCO可能无法正常起振，尤其是在极限温度下。那么，要实现恰当的调谐范围，首先碰到的问题就是—多少为恰当?

影响振荡频率的误差源

为了适应影响振荡频率的各种误差源，免调节VCO的频率调谐范围必须增加。这些误差源可分为两类：元件参数误差和设计对准误差。设定振荡频率的LC元件当然是非理想的，它们会带来以下问题：

· 元件之间的差异(容差)
· 不理想的性能(由于电感、电容以及引线串联电阻等造成有限的频率响应)
· 电路布线中的分布电容和电感造成的误差

另一方面，设计过程中在对准VCO调谐范围时的不确定因素还会导致设计对准误差。

元件容差

LC振荡器中影响振荡频率的每个容性和感性元件都具有有限的元件到元件精确度，而这种容许误差会给振荡频率带来误差。表1列出了振荡器中频率设定元件的典型容差。

表1. 振荡频率设置元件的容差

设计对准误差

设计对准作为一个振荡频率建立中的误差来源常常被忽视。为了充分利用现有的频率调谐范围，调谐边界必须相对于预期的振荡频率相对称。在建立这个中心点时的任何误差，主要是由元件模型的初始值或平均值的不精确性而引起，都会降低可用的调谐范围。为了在各种温度、电源电压、元件容差等条件下保证振荡频率，调谐范围必须足够宽，以便容纳该误差。

可以利用振荡频率公式计算出总的频率误差，只需对其中的每项元素乘以一个比例因子即可： 

还有一个最简单的办法可以计算出各种不同误差所造成的频率偏移，那就是利用一个电子数据表程序，其中包含了详细的基于L、C电路参数的振荡频率公式。

频率偏移和调谐范围

频率调谐范围可通过改变调谐电压获得，从VTUNE(LOW)到VTUNE(HIGH)，具有高、低频率边界(fHIGH和fLOW)和一个位于fHIGH和fLOW中点的"中心"频率(fCENTER) (图5)。理想情况下