1、目錄1引言22振蕩器的原理52.1振蕩器的功能、分類與參數52.2起振條件92.3壓控振蕩器的數學模型103利用 ADS仿真與分析113.1偏置電路的的設計123.2可變電容 VC特性曲線測試133.3壓控振蕩器的設計153.4壓控振蕩器相位噪聲分析183.5VCO 振蕩頻率線性度分析234結論24致謝25參考文獻25壓控振蕩器的設計與仿真Advanced Design System 客戶端軟件設計電子信息工程（非師范類）專業指導教師摘要： ADS 可以進行時域電路仿真，頻域電路仿真以及數字信號處理仿真設計，并可對設計結果進行成品率分析與優化，大大提高了復雜電路的設計效率。本論文運用ADS 仿

2、真軟件對壓控振蕩器進行仿真設計，設計出滿足設計目標的系統， 具有良好的輸出功率，相位噪聲性能及震蕩頻譜線性度。本論文從器件選型開始，通過ADS軟件仿真完成了有源器件選型，帶通濾波器選型，振蕩器拓撲結構確定，可變電容VC特性曲線，瞬態仿真及諧波平衡仿真。實現了準確可行的射頻壓控振蕩器的計算機輔助設計。關 鍵 字：壓控振蕩器，諧波平衡仿真，ADS1 引言振蕩器自其誕生以來就一直在通信、電子、航海航空航天及醫學等領域扮演重要的角色，具有廣泛的用途。在無線電技術發展的初期，它就在發射機中用來產生高頻載波電壓，在超外差接收機中用作本機振蕩器，成為發射和接收設備的基本部件。隨著電子技術的迅速發展，振蕩器的

3、用途也越來越廣泛，例如在無線電測量儀器中，它產生各種頻段的正弦信號電壓 : 在熱加工、熱處理、超聲波加工和某些醫療設備中，它產生大功率的高頻電能對負載加熱 ; 某些電氣設備用振蕩器做成的無觸點開關進行控制 ; 電子鐘和電子手表中采用頻率穩定度很高的振蕩電路作為定時部件等。尤其在通信系統電路中，壓控振蕩器 ( VCO) 是其關鍵部件，特別是在鎖相環電路、時鐘恢復電路和頻率綜合器電路等更是重中之重，可以毫不夸張地說在電子通信技術領域， VCO 幾乎與電流源和運放具有同等重要地位。人們對振蕩器的研究未曾停止過。從早期的真空管時代當后期的晶體管時代，無論是理論上還是電路結構和性能上， 無論是體積上還是

4、制作成本上無疑都取得了飛躍性的進展，但在很長的一段時期內都是處在用分離元件組裝而成的階段，其性能較差，成本相對較高，體積較大和難以大批量生產。隨著通信領域的不斷向前推進，終端產品越來越要求輕、薄、短、小，越來越要求低成本、高性能、大批量生產，這對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。集成電路各項技術的發展迎合了這些要求，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步。然而，由于工藝條件的限制， RF電路的設計多采用 GaAs, Bipolar, BiCMOS 工藝實現，難以和現在主流的標準 CMOS工藝集成。因此，優性能的標準的 CM

5、OS VCO 設計成為近年來 RF 電路設計的熱門課題。射頻電路需要在特定的載波頻率點上建立穩定的諧波振蕩， 以便為調制和混頻創造必要的條件，壓控振蕩器（ VCO ）作為收發系統常見的器件 , 它的性能指標主要包括 : 頻率調諧范圍， 輸出功率， ( 長期及短期 ) 頻率穩定度， 相位噪聲，頻譜純度，電調速度，推頻系數，頻率牽引等。頻率調諧范圍是VCO 的主要指標之一，與諧振器及電路的拓撲結構有關。通常，調諧范圍越大， 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， Q值越小，相位噪聲性能越差。振蕩器的頻率穩定度包括長期穩定度和短期穩定度，它們各自又分別包括幅度穩定度和相位穩定度。

6、長期相位穩定度和短期幅度穩定度在振蕩器中通常不考慮 ; 長期幅度穩定度主要受環境溫度影響，短期相位穩定度主要指相位噪聲。在各種高性能、寬動態范圍的頻率變換中，相位噪聲是一個主要限制因素。在數字通信系統中，載波信號的相位噪聲還要影響載波跟蹤精度。其它的指標中，振蕩器的頻譜純度表示了輸出中對諧波和雜波的抑制能力；推頻系數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載的變化對振蕩頻率的影響；電調速度表示了振蕩頻率隨調諧電壓變化快慢的能力。在壓控振蕩器的各項指標中，頻率調諧范圍和輸出功率是衡量振蕩器的初級指標，其余各項指標依據具體應用背景不向而有所側重。例如，在作為頻率合成器的一

7、部分時，對 VCO 的要求，可概括為一下幾方面 : 應滿足較高的相位噪聲要求； 要有極快的調諧速度，頻溫特性和頻漂性能要好；功率平坦度好；電磁兼容性好。現在，國內外許多廠家都已生產出針對不同應用的VCO。表 1 是具有代表性的國內十三所和 Agilent 公司生產的部分壓控振蕩器產品的部分指標：表 1 VCO 性能指標頻 率 范 圍調頻電壓 （V ）工作電壓 / 電流輸出功率（ dBm ）相噪（ dBc/Hz ）型號（ GHz ）(V/mA)HE4873.03.701512/30+121.5-9010KHzHE4883.74.201512/30+101.5-8710KHzVTO-82002.0

8、3.022415/50+101.5-9550KHzVTO-82402.43.723015/50+101.5-9550KHzVTO-83603.64.382415/50+101.5-10050KHz上述產品中，封裝形式均為TO-8 封裝。對于封裝內的電路中一般使用的是晶體管管芯和變容二極管管芯，這樣可減少管腳分布電感、電容的影響，減少對分布參數的考慮。但是，制作此類封裝需專門設備，制作工藝復雜，進入門檻高，產品價格較高。頻率較高時，這些參數對電路性能的影響非常顯著。需要在設計時仔細考慮，選擇合適的電路形式，盡量降低電路對器件參數的敏感度。另外，自前還用一種稱為YIG ( 釔鐵右榴石 ) 的鐵氧體

9、器件作為諧振器的壓控振蕩器，諧振頻率用外磁場調諧，調諧帶寬可以很寬，因為YIG 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，且較難設計，所需電流大，調諧速度較變容二極管調諧的VCO 慢。近年來，隨著通信電子領域的迅速發展，對電子設備的要求越來越高，尤其是對像振蕩器等這種基礎部件的要求更是如此。但多年來我國在這方面的研究投入無論在軍用還是民用上均不夠重視，僅限于在引進和改進狀態，還沒有達到質的跨越，沒有自主的知識產權 (IP) ，也是我國電子通信類滯后發達國家的一個重要原因。而且我國多數仍然利用傳統的雙極工藝，致使產品在體積上、重量上、成本上都較大，各種參數性能不夠

10、優越，穩定性差、難以和現代主流CMOS 工藝集成等等都是我國相關領域發展的瓶頸。因此 , 我國在電子通信領域市場潛力非常大，自主研究高性能、高質量、低成本的壓控振蕩器市場前景廣闊、意義巨大。本論文使用 ADS軟件從器件選型到電路進行仿真，詳細闡述了壓控振蕩器的設計步驟, 對 S 波段 1.8GHz 下頻率綜合器對電感電容壓控振蕩器的要求， 實現 AT41411單片集成壓控振蕩器的設計與仿真 , 設計的具體指標是頻率范圍為 17001900MHz,控制電壓0 5V，供電電壓 12V。2 振蕩器的原理2.1振蕩器的功能、分類與參數振蕩器是一種不需要外加輸入信號就能夠自激輸出交變信號的電子裝置, 振

11、蕩器實際上是起一個能量轉換的作用，它將直流能量轉換成具有一定頻率，一定幅度和一定波形的交流能量 1 。凡是可以完成這一目的的裝置都可以是振蕩器. 但是用電子管、晶體管等器件與 L、C、R 等元件組成的振蕩器則完全取代了以往所有能產生震蕩的方法，因為它有如下優點：（ 1）它將直流電能轉變為交流電能，而本身靜止不動，不需要做機械轉動活移動。如果用高頻交流發電機，則其旋轉速度必須很高，最高頻率也只能到達50KHz。（ 2）它產生的是“等幅振蕩” ，而火花發射機等產生的是“阻尼振蕩” 。（ 3）使用方便，靈活性很大，它的功率可以自毫瓦級至幾百千瓦，工作頻率可以自極低頻率至微波波段。按照振蕩器按工作原理

12、，可以分為反饋振蕩器和負阻振蕩器。按元器件主要分為 RC振蕩器， LC 振蕩器和晶體振蕩器1RC振蕩器采用 RC網絡作為選頻移相網絡的振蕩器統稱為RC正弦振蕩器 , 屬音頻振蕩器。2LC振蕩器采用LC振蕩回路作為移相和選頻網絡的正反饋振蕩器稱為LC振蕩器。3 晶體振蕩器中石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統中用于頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它

13、可以是正方形、矩形或圓形等） ，在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳 上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、 晶振。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、 陶瓷或塑料封裝的。國際電工委員會（ IEC）將石英晶體振蕩器分為 4 類：普通晶體振蕩（ SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（ VCXO ），溫度補償式晶體振蕩（ TCXO ），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO ）。目前發展中的還有數字補償式晶體損振蕩（ DCXO ）微機補償晶體振蕩器（MCXO ）等等。晶體振蕩器的應用有：1通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產生振蕩頻率。2時鐘脈沖用石英

14、晶體諧振器，與其它元件配合產生標準脈沖信號，廣泛用于數字電路中。3微處理器用石英晶體諧振器。4 CTVVTR用石英晶體諧振器。5鐘表用石英晶體振蕩器。晶體振蕩器的技術指標1. 總頻差：在規定的時間內，由于規定的工作和非工作參數全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標稱頻率的最大頻差。總頻差包括頻率溫度穩定度、頻率溫度準確度、頻率老化率、頻率電源電壓穩定度和頻率負載穩定度共同造成的最大頻差。一般只在對短期頻率穩定度關心，而對其他頻率穩定度指標不嚴格要求的場合采用。例如：精密制導雷達。2. 頻率溫度穩定度：在標稱電源和負載下，工作在規定溫度范圍內的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的最大允許頻偏。fT

15、= (fmax-fmin)/(fmax+fmin)fTref MAX (fmax-fref)/fref , (fmin-fref)/fref fT ：頻率溫度穩定度 ( 不帶隱含基準溫度 )fTref ：頻率溫度穩定度 ( 帶隱含基準溫度 )fmax：規定溫度范圍內測得的最高頻率fmin：規定溫度范圍內測得的最低頻率fref：規定基準溫度測得的頻率說明：采用 fTref指標的晶體振蕩器其生產難度要高于采用 fT 指標的晶體振蕩器, 故 fTref 指標的晶體振蕩器售價較高。3. 頻率穩定預熱時間：以晶體振蕩器穩定輸出頻率為基準，從加電到輸出頻率小于規定頻率允差所需要的時間。在多數應用中，晶體振

16、蕩器是長期加電的，然而在某些應用中晶體振蕩器需頻繁的開機和關機，這時頻率穩定預熱時間指標需要被考慮到（尤其是對于在苛刻環境中使用的軍用通訊電臺，當要求頻率溫度穩定度 0.3ppm(-45 85 ) ，采用 OCXO作為本振，頻率穩定預熱時間將不少于 5 分鐘，而采用 DTCXO 只需要十幾秒鐘 ) 。4. 頻率老化率：在恒定的環境條件下測量振蕩器頻率時，振蕩器頻率和時間之間的關系。這種長期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，可用規定時限后的最大變化率（如10ppb/ 天，加電72 小時后），或規定的時限內最大的總頻率變化（如：1ppm/ （第一年）和5ppm/（十年）來表示。

17、TCXO的頻率老化率為：0.2ppm 2ppm（第一年）和1ppm 5ppm（十年）（除特殊情況，TCXO很少采用每天頻率老化率的指標，因為即使在實驗室的條件下，溫度變化引起的頻率變化也將大大超過溫度補償晶體振蕩器每天的頻率老化，因此這個指標失去了實際的意義）。OCXO的頻率老化率為：0.5ppb 10ppb/天（加電72 小時后），30ppb 2ppm（第一年），0.3ppm 3ppm（十年）。5. 頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準電壓調到規定的終點電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。基準電壓為2.5V ，規定終點電壓為0.5V和4.5V ，壓控晶體振蕩器在0.5V頻率控制電壓時頻率改變

18、量為-110ppm ，在 4.5V頻率控制電壓時頻率改變量為130ppm，則 VCXO電壓控制頻率壓控范圍表示為： 100ppm(2.5V 2V) 。6. 壓控頻率響應范圍：當調制頻率變化時，峰值頻偏與調制頻率之間的關系。通常用規定的調制頻率比規定的調制基準頻率低若干dB 表示。（ VCXO 頻率壓控范圍頻率響應為0 10kHz。）7. 頻率壓控線性：與理想（直線）函數相比的輸出頻率- 輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分數表示整個范圍頻偏的可容許非線性度。典型的VCXO頻率壓控線性為：10%，20%。簡單的VCXO頻率壓控線性計算方法為( 當頻率壓控極性為正極性時) ：頻率壓控線性(fm

19、ax-fmin)/ f0) 100%fmax ： VCXO在最大壓控電壓時的輸出頻率fmin ： VCXO在最小壓控電壓時的輸出頻率f0 ：壓控中心電壓頻率8. 單邊帶相位噪聲 (f) ：偏離載波 f 處，一個相位調制邊帶的功率密度與載波功率之比。根據振蕩器輸出信號波形的不同，可以將震蕩期分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器，其中非正弦波振蕩器它產生的信號可以使方波或三角波等。一般來說，振蕩器由以下三部分組成：(1) 晶體管或電真空器件。其中真空器件主要用于高頻大功率振蕩器的設計，而晶體管主要用于低頻小功率振蕩器的設計。(2) 諧振回路。諧振回路決定振蕩器的工作頻率，因為只有與回路謝振頻率一致的交

20、變電磁才能與電子進行有效的相互作用。(3) 能量反饋模塊。描述振蕩器的最主要的參數就是頻率穩定度，它是評價振蕩器在規定時間內振蕩頻率相對變化量大小的一個指標。按時間的長短不同，頻率穩定度分為長期頻率穩定度、短期頻率穩定度和瞬時頻率穩定度。長期頻率穩定度是指一天以上乃至幾個月內因管子和元件老化而引起的相對頻率變化量；短期頻率穩定度是指一天之【 2】內因溫度、電源電壓等外界因素變化而引起的相對頻率變化量；振蕩頻率的隨機起伏稱為瞬時頻率穩定度，頻率的瞬變將產生調頻噪聲、相位噪聲和相位抖動。震蕩幅度的隨機起伏將引起調幅噪聲。一次，振蕩器在沒有外加調制時，輸出的頻率不僅含振蕩頻率f 0，在 f 0 附近

21、還包含有許多旁頻，連續分布在f 0 兩邊。如下圖所示，縱坐標是功率，f 0 處是載波，兩邊是噪音功率，包括調頻噪音功率和調幅噪音功率。圖 1正弦信號的噪聲邊帶頻譜圖 2相對噪聲的定義如 2 所示，（ ）相位噪聲通常用在相 于 波某一 偏 ，相 于 波 平的 一化 1Hz 的功率 密度表示（dBc/Hz）。通常所 的 率 定度都指短期 率 定度。若將 定 等分 n 各 隔，在各 隔內 的 率相 位f 1, f 2, f n, , 當所要求的振 率（稱 稱 率） f g ，短期 率 定度定 2f g1nfgfglimf gn i 1ffnggi（ 2.1.1）式中，f gf if g 第 i 個

22、隔內 的 率偏差 ；fg為實測絕對頻i率偏差的平均 ，即fglim 1nnnfif g（ 2.1.2）i 1f g 又稱 率準確度， 平均 率相 于 稱 率的偏差 3 。2.2起振條件振 器是一個在只有直流 源供 的情況下， 生周期 化的 信號的 路。所有振 器都是非 性的，盡管非 性會使信號 生一些失真。但 性技 可以用來分析和 振 器 4 。 1（a）是一個 入， 出的 反 系 ， 系 的開 函數 H（ S） , 其 函數可以表示 5VoutH (s)（ 2.2.1）Vin1 H (s)當 sj 0 ， H ( j 0 )1 ， 反 系 出 無 大。 系 中的任何 點上有一個小小的抖 或者

23、噪聲都能 使得系 生振 ， 候 反 系 成正反 。 種情況在運算放大器 中是 不允 的，然而 于振 器來 ，振 器 路就必 工作在正反 情況下。 的來 ，一個 反 系 必 足以下兩個Barkhause 振 原 6 ， 路才能 在 率點0 上 生振 。（ 1） . 振 器系 的開 增益 H ( j 0 ) 1（ 2） . 振 器系 的開 相位偏移 180。在 路 中，振 器的開 增益往往是 算 的2-3 倍，即要 置一個安全裕量。 主要是 了克服工 和溫度的偏差，以及由于 路非 性造成的開 增益的下降。圖 3 振蕩器的負反饋形式圖 1（a) 所示 振 器的 反 形式， 其中正向開 函數的相位偏移

24、 180，反向反 通路的相位偏移也是 180，因此整個開 的相位偏移 360。 1（b）是振 器的正反 表示形式， 了保 振 器起振，正像開 函數的相位偏移 360，且 足 H ( j 0 ) 1；相位偏移 360也就是正反 系 的 入和 出相位相同，因此 1（c）與 1（ b）是等價的 5 。2.3壓控振蕩器的數學模型6一個理想的 控振 器的 率 控特性可以表示 out0K vcoVcont (2.3.1)其中0 表示 于 Vcont =0 的振 率， Vcont 控 ， Kvco 控振 器的“增益”或“靈敏度” . 位 Hz/V。即一個理想的 控振 器其 出 率是其 入 的 性函數，如 4

25、7圖 4理想壓控振蕩器VCO的定義壓控特性振 器的 率與相位的關系表示 ：out (2.3.2)t 根據式子（ 3.1 ）和（ 3.2 ），假 Kvco 常數，可以得到振 器的相位 out dt00KvcoVcont dt00 tKvco Vcont dt0 (3.3)其中定 振 器的相位增量 ex(s)K vco （ 2.3.3 ）Vconts前面我 提到 VCO的正弦 出波形中包含大量的 波8， 此可以假 VCO 出的控制 一小的正弦信號VcontVm cosmt ，那么根據上面的共 可以將 出表達成Vout (t) V0 cos0tK vco Vcont dtV00 tKvcoVmsin

26、 mtm=V0 cos ot cos K vcoVm sinmtV0 sin0t sinKvcoVm sinmt（ 2.3.4 ）mm假 V 足 小使得 KV /m1rad ，那么即有mvcomVout tV0 cos0t V0sin0tK vcoVmsinmtm=V0 cos 0 tKvcoVmV0cos 0mtcos0m t（ 2.3.5 ）2m3 利用 ADS仿真與分析 振 器 種有源器件，一般分 以下幾個步 ：(1) 取管子， 前必 根據要求的指 確定管子的參數， 好三極管和 容二極管等。(2) 根據三極管的最佳噪音特性確定直流偏置 路的偏置 阻9 。(3) 確定 容二極管的 VC特性

27、，先由指 ( 的振 器 率 ) 確定可 容的 ，然后根據 VC曲 確定二極管兩端的直流 。(4) 行 波仿真，分析相位噪音，生成 控曲 ， 察 的振 器的 控 性度。設計的振蕩器采用ADS 中自帶的 AT41411硅雙極管，變容二極管選用MV1404。其中 AT41411的主要指標有如下幾種。(1) 低噪音特性： 1GHz噪音系數是 1.4dB,2GHz 噪音系數是 1.8dB。(2) 高增益： 1GHz時增益為 18dB，2GHz時增益為 13dB。(3) 截止頻率： 7GHz，有足夠寬的頻帶。(4)1.8GHz 時最佳噪音特性的直流偏置：Vce=8V,Ic=10mA。3.1偏置電路的的設計

28、打開 ADS軟件，新建一個工程，在工程中建立一個原理圖，按照設計好的原理圖進行連線并修改元件參數。圖 5偏置電路設計原理圖在圖中插入一個一個直流仿真控制器DC，兩個目標控件及一個優化控件OPTIM，具體參數按圖 6 進行修改，在原理圖上設置兩個節點Vcb,Veb, 點擊 Simulate 進行仿真，得到最終電阻優化值，如圖7 所示。圖 6控件參數圖 7最終電阻優化值3.2可變電容 VC特性曲線測試從新建立一個原理圖，按圖8 所示進行連接，修改元器件數值。圖 8變容二極管測試電路圖在圖中插入變量控件、 S 參數仿真控制器及參數控件，設置其具體值如圖9圖 9 控件參數單 擊 仿 真 按 鈕 后 在

29、 數 據 顯 示 窗 口 中 添 加 一 個 一 個 方 程 ， 方 程 內 容 為“C_Varactor=-1/(2*pi*freq0,0*imag(Z110)”，如圖 10 所示。圖 10 電容的測試方程在數據顯示窗口插入一個關于 C_Varactor 的曲線，如圖 11 所示，這就是變容二極管的電容與偏置電壓之間的關系。圖 11變容二極管的電容與偏置電壓的關系曲線為了更清楚的 觀察電 容與偏置電壓 的關系 ，在數據顯示 窗口插 入一個關于 C_Varactor 的數據列表，如圖 13 所示。圖 13 C_Varactor 的數據列表這樣就完成了可變電容的V-C 特性曲線的測試。3.3壓控

30、振蕩器的設計打開偏置電路設計原理圖和變容二極管測試電路圖，將其中的電路圖復制到新的原理圖中，從新設置三極管偏置電路，由于壓控振蕩器電路中含有高頻成分，因此需要在直流偏置電路中加入高頻扼流元件，如圖14 所示。圖 14新的直流偏置網絡將變容二極管電路和三極管電路按照圖 15 的方式連接起來，組成壓控振蕩器的電路結構。圖 15壓控振蕩器的電路結構按照下面內容設置電路中元件的參數：?SRC1：Vdc=5V?L1=1000nH?C1=10pH?R1=420.433Ohm?L2=1000pH?SRC3:Vdc=-5V?L4=2nH?R4=50Ohm?R2=676.512Ohm?L3=1000nH?SRC

31、2：Vdc=12V?C2=1000pH?R3=50Ohm在原理圖的輸出端口添加一個節點Vout ，并且插入一個瞬態仿真控制器， 按照下面內容設置瞬態仿真控制器的參數?StartTime=0, 便是仿真的起始時間為0?StopTime=30ns, 表示仿真的終止時間為30ns.?MaxTimeStep=0.01ns, 表示仿真的最大時間間隔為0.01ns 。完成設置的瞬態仿真控制器如圖16 所示。圖 16瞬態仿真控制器的設置進行仿真，等仿真結束后，在數據顯示窗口插入一個關于 Vout 的矩形圖，并在圖中插入兩個標記如圖 17 所示。同時插入一個方程，用來查看兩個標記之間信號的頻譜，方程的內容為“

32、 Spectrum=fs(Vout,indep(m1),indep(m2) ” 如圖 18 所示。圖 17輸出信號的時域波形圖 18輸出信號的頻譜方程在數據顯示窗口加入一個關于 Spectrum 幅度（ Magnitude ）的矩形圖，并在矩形圖中插入一個標記，如圖 19 所示。圖 19輸出信號的頻譜從波形可以看到，振蕩器已經很穩定地振蕩起來了，并且有一定的振蕩時間，從抽出的兩點的數據可以看出，該振蕩波形是相當穩定的，幅度差可以不必考慮，頻譜純度也較高，對m1 和 m2 這段時域進行傅里葉變換，可以看到振蕩器振蕩頻率的頻譜，從m3標記的數值可以看出，該振蕩的振蕩頻率為1.872GHz。非常接近

33、設計指標。3.4壓控振蕩器相位噪聲分析通過前面的介紹可以知道，利用ADS里面的諧波平衡法仿真，可以分析振蕩器的相位噪聲。以新名稱保存VCO的原理圖，在圖中插入一個諧波平衡法仿真控制器，對其參數進行修改，如圖 20。圖 20諧波平衡法仿真控制器在振蕩器里加入一個Oscport 器件配合使用，接在反饋網絡和諧振網絡之間，如圖21 所示。這是諧波平衡法仿真相位噪音的需要。圖 21 Oscport 器件的連接考慮到該器件的頻率隔離度不夠高，所以在輸出端加一個帶通濾波器，并對其進行設置。圖 22輸出端口的帶通濾波器這樣就完成了諧波平衡仿真的電路原理圖，如圖23 所示。圖 23諧波平衡仿真的電路原理圖進行

34、仿真，等仿真結束后在數據顯示窗口插入一個關于Vout 的功率譜密度的矩形圖，如圖 24 所示，從圖中可以看出基波頻率上的能量最大。圖 24輸出信號的功率譜密度在數據顯示窗口加入一個關于頻率的數據列表，可以看出信號的各次諧波的頻率。圖 25輸出信號的頻率的數據列表在數據顯示窗口插入一個關于anmx 和 pnmx 的矩形圖，從圖中可以看到偏離基波頻率 100KHz時，相對的調幅噪聲為 -175.1dBc ，相對的相位噪聲為 -108.3dBc 。圖 26 關于 anmx和 pnmx的矩形圖在數據顯示窗口中插入一個關于anmx 和 pnmx 的數據列表，就可以查看在各頻率處兩種噪聲的值，如圖27 所

35、示。圖 27關于 anmx 和 pnmx 的數據列表3.5VCO 振蕩頻率線性度分析以新名稱保存諧波平衡仿真原理圖，添加一個VAR控件，設置 SRC1:Vdc=Vtune,修改諧波平衡仿真控制器。如圖28圖 28參數設置進行仿真，在數據顯示窗口中插入一個關于一次諧波freq1的矩形圖，便可以觀察偏置電壓與輸出頻率之間的關系，如圖29 所示。圖 29輸入電壓與輸出信號頻率的關系繼續在數據顯示窗口中添加一個方程，用來測量輸出信號功率與輸出信號頻率之間的關系，方程內容為“ powerflatness=vs(dBm(Vout1),freq1/1e9) ”，如圖 30 所示。圖 30輸出信號功率與輸出信

36、號頻率在數據顯示窗口中添加一個關于powerflatness的矩形圖，從圖中可以看出， 輸出功率是比較平坦的。圖 31 輸出信號功率和輸出信號頻率的關系曲線考慮去掉濾波器后線性度提高，在原理圖中去掉濾波器，進行仿真，在數據窗口中生成 powerflatness的矩形圖，如圖32 所示。圖 32無濾波器關系曲線這樣，就完成了對壓控振蕩器的性能參數的仿真，壓控振蕩器的設計和仿真的內容也就全部結束了。4 結論本論文介紹了用ADS設計微波振蕩器的過程， 設計過程中要考慮的首要問題是管子的選取，設計前后必須根據自己的指標確定管子的參數，從后面的設計來看，管子選的不好是很難達到預定目標的。設計振蕩器最重要的是使振蕩器滿足預定的指標，而在這次壓控振蕩器設計中與振蕩器頻率直接相關的有兩個參數，一個是變容二極管的偏置電壓，由變容二極管的VC曲線確定；另一個是振蕩器的反饋電感。噪聲分析也是振蕩器設計的一個重要的方面。設計過程中必須明確要計算哪些噪聲，并合理設置好噪聲頻率間隔。在電路中加入濾波器是為了增加頻率的隔離度，但是此濾波器對于后來生成的壓控曲線影響很大。不去掉濾波器而直接仿真得到的曲線并不是線性的，原