VCO
VCO即压控振荡器,是射频电路的重要组成部分。 射频电路多采用调制解调方式,因此严重依赖本振。而现代通信技术要求复用、跳频等新技术,采用电压控制振荡回路中电容的电容量,进而改变振荡回路谐振频率就成为实现这些技术的手段之一。
基本信息
- 中文名
压控振荡器
- 工艺
GaAs、Bipolar、BiCMOS
- 性质
蓝牙收发器
- 别称
VCO
主要介绍
压控振荡器与普通本振相比,在谐振回路中多出了电控器件,比如变容二极管;一般压控振荡器多以克拉泼振荡器形式存在,以保证电路工作点和Q值的稳定性。
设计介绍
电压控制
蓝牙收发器
◆蓝牙发射器 蓝牙无线信号采用高斯频移键控(GFSK)方式调制,发射数据(Tx)通过高斯滤波器滤波后,
用滤波器的输出对VCO频率进行调制。根据串行输入数据流逻辑电平,VCO频率会从其中心频率向正负两端
偏离,偏移量决定了发射器的调制指数,调制的信号经放大后由天线发射出去。
蓝牙无线信号在半双工模式下工作,用一个RF多路复用开关(位于天线前)将天线连接到发射或接收模式。
蓝牙
与设备接收部分相似,从另一个蓝牙设备发射来的GFSK信号也是由天线接收的。在这期间
,开关与低噪声放大器(LNA)相连,对接收到的信号(Rx)进行放大。下一级混频器将接收信号下变换到IF
频率(一般为几MHz),进行该步骤时用于发射的PLL/VCO部分作为接收器下变频本机振荡器使用,将IF信号
解调并恢复出数据。
扩展频谱
蓝牙无线通信的一个独特之处就是它使用了扩频技术,该技术原来是为军事应用开发的,因为军事应用中无线数据传送必须安全可靠。传统意义上的窄带应用要消耗更多功率,在一个频率上停留的时间很长,因此频谱很容易被检测到;而将发射器功率分配(扩展)到更大的带宽上之后,此时信号看起来更像随机噪声,这相当于牺牲带宽效率来换取可靠性和安全性。由于功率密度较低,这些系统对其它信号接收器干扰小,而且即便存在信号丢失频段,数据也可以在其它频率恢复,从而增强了对干扰和噪声的抵抗能力。两种最主要的扩频形式是跳频(FHSS)和直接序列(DSSS),用原始数据对载波进行调制并使用与每个链路端点跳频代码一致的频率范围发射时(图2)使用FHSS系统。采用这种方式后,由于某个频率干扰而丢失的数据可以通过另一个频率发射,FHSS中的扩展代码生成器直接用GFSK调制技术对载波频率进行调制。
振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色,具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期,它就在发射机中用来产生高频载波电压,在超外差接收机中用作本机振荡器,成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展,振荡器的用途也越来越广泛,例如在无线电测量仪器中,它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中,它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中,压控振荡器(VCO)是其关键部件,特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重,可以毫不夸张地说在电子通信技术领域,VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。
对振荡器的研究未曾停止过。从早期的真空管时代到后期的晶体管时代,无论是理论上还是电路结构和性能上,无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的进展,但在很长的一段时期内都是处在用分离元件组装而成的阶段,其性能较差,成本相对较高,体积较大和难以大批量生产。随着通信领域的不断向前推进,终端产品越来越要求轻、薄、短、小,越来越要求低成本、高性能、大批量生产,这对于先前的分离元件组合模式将不再胜任,并提出新的要求和挑战。集成电路各项技术的发展迎合了这些要求,特别是主流CMOS工艺提供以上要求的解决方案,单片集成振荡器的研制取得了极大的进步。
然而,由于工艺条件的限制,RF电路的设计多采用GaAs, Bipolar, BiCMOS工艺实现,难以和主流的标准CMOS工艺集成。因此,优性能的标准的CMOS VCO设计成为RF电路设计的热门课题。