用變?nèi)莨苓M(jìn)行調(diào)諧，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧，但是調(diào)諧范圍受限。

那怎么實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)諧范圍呢?

答案就是采用數(shù)字調(diào)諧。

基本思想，就是使用一系列的電容，然后通過開關(guān)與主電路連接，來控制VCO的頻率。

可以把Vcont看成是"精調(diào)(fine control)", 控制離散電容的信號(hào)，稱為"粗調(diào)(coarse control)".

這兩種方法在很多電路中都有采用。

比如說調(diào)頻濾波器，也有兩種思想，一種是用變?nèi)莨軄磉_(dá)到改變電容值的目的;另一種，就是用數(shù)字調(diào)諧，即用開關(guān)來將離散電容與主電路連接或斷開。

(A)實(shí)現(xiàn)方法

整體的調(diào)諧曲線入下圖所示：

fine control提供連續(xù)但是范圍較窄的調(diào)諧;coarse control把連續(xù)調(diào)諧曲線上移或下降。這樣，兩者結(jié)合，就獲得了寬調(diào)諧范圍。

如果上述器件都是理想的話，那當(dāng)所有陣列電容都接入主電路并且變?nèi)莨苷{(diào)諧到最大容值時(shí)，VCO的頻率最低;當(dāng)所有陣列電容都未接入并且變?nèi)莨苷{(diào)諧到最小值時(shí)，VCO頻率最高。

上述架構(gòu)中，有如下兩個(gè)問題需要注意：

(1) 開關(guān)的導(dǎo)通電阻會(huì)降低諧振器的Q值。

增加開關(guān)MOS管的寬度，可以降低導(dǎo)通電阻，從而降低其對(duì)諧振器Q值的影響。

但是，開關(guān)管尺寸增加，它的漏極結(jié)電容和柵漏電容CDB+CGD也會(huì)增加，開關(guān)斷開時(shí)，這個(gè)寄生電容與電容陣列電容串聯(lián)，從而使得開關(guān)電容支路在斷開時(shí)不是0，降低了數(shù)字調(diào)諧的效果。因此，晶體管尺寸的選擇，必須在開關(guān)管導(dǎo)通電阻(影響諧振回路的Q值)和寄生電容(影響調(diào)諧能力)之間進(jìn)行折衷考慮。

一個(gè)改善的辦法，就是把開關(guān)架在兩個(gè)陣列電容中間，如下圖所示。則由于差分的對(duì)稱性，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻Ron被分成兩個(gè)Ron/2，所以導(dǎo)通電阻下降一半。

(2) 數(shù)字調(diào)諧可能會(huì)有盲區(qū)，也就是說，當(dāng)數(shù)字調(diào)諧時(shí)，有一條曲線切換到相鄰的曲線時(shí)，上方曲線的最小頻率沒有和下方曲線的最大頻率接上，導(dǎo)致有一段頻率不會(huì)被覆蓋到，如下左圖所示。

這個(gè)問題比較容易解決，就是讓兩個(gè)上下相鄰的調(diào)諧曲線有一定的重疊，如下右圖所示。

同時(shí)，這種交疊還有一種好處。觀測(cè)下右圖的調(diào)諧曲線，發(fā)現(xiàn)下面一條在w2處，曲線接近于平坦，Kvco接近于0，這個(gè)時(shí)候，為了保持kvco接近不變，則應(yīng)該用上面一條調(diào)諧曲線。

(B) 調(diào)諧電容對(duì)諧振器Q值的影響

先看一下有耗電感和有耗電容組成的并聯(lián)諧振電路的Q值。

在一個(gè)相對(duì)較窄的頻率范圍內(nèi)，有耗電感和有耗電容都可以用一個(gè)并聯(lián)電阻來模擬其寄生電阻。

如下圖所示：

其中，電感和電容的Q值分別為：

當(dāng)諧振器處于諧振狀態(tài)時(shí):

整個(gè)諧振器的Q值為：

那如果在上面的并聯(lián)諧振器上再加上一個(gè)有耗的變?nèi)莨苣?

從上述推導(dǎo)可知，變?nèi)莨艿腝值被放大了1+C1/Cvar倍。

同樣，如果再加上陣列電容呢?

假設(shè)有n列陣列電容，則其在開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)下，等效電路為：

那么加上變?nèi)莨埽嚵须娙莺蟮闹C振電路的等效電路如下圖所示。

和上面只增加變?nèi)莨艿耐茖?dǎo)類似，可以得到整個(gè)諧振電路的Q值。

所以，在陣列電容加上開關(guān)管的Q值不變的情況下，陣列電容的陣列數(shù)增加，也會(huì)降低整個(gè)諧振電路的Q值。

也就是說，雖然變?nèi)莨芎完嚵须娙莸氖褂茫瑫?huì)使得VCO的頻率可調(diào)，但是這是以犧牲VCO的相噪為代價(jià)的。

審核編輯：湯梓紅