振蕩器電路輸出隔離不良會(huì)導(dǎo)致不利影響。本文介紹了圍繞VCO電路的關(guān)鍵應(yīng)用問(wèn)題，例如負(fù)載牽引、電源推動(dòng)、相位噪聲以及附近功率放大器（PA）的輻射能量的影響。本文展示了如何使用VCO緩沖器隔離振蕩器來(lái)緩解這些問(wèn)題。介紹MAX2472/MAX2473 VCO緩沖器以及應(yīng)用電路和測(cè)量數(shù)據(jù)。

常見(jiàn)的設(shè)計(jì)做法是通過(guò)在兩個(gè)電路級(jí)之間引入緩沖放大器來(lái)隔離它們。隔離可最大限度地減少許多不利影響，并在射頻（RF）下。較差的輸出隔離會(huì)干擾振蕩器性能，因此振蕩器輸出端通常包括緩沖級(jí)。

在討論增加緩沖放大器級(jí)之前，我們先考慮一些典型的VCO特性，以及隔離問(wèn)題如何降低性能。例如，一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是VCO響應(yīng)負(fù)載條件變化（頻率牽引）而表現(xiàn)出的頻率變化。VCO輸出看到的阻抗變化會(huì)導(dǎo)致VCO有源器件結(jié)端的直流電壓發(fā)生變化。例如，雙極性器件的集電極至基極電壓 （Vcb） 的變化會(huì)影響集電極至基極電容 （Ccb），而后者又會(huì)影響整個(gè)諧振電路，從而改變振蕩頻率（圖 1）。

圖1.在該Colpitts VCO輸出端反射的信號(hào)功率會(huì)在電流消耗和偏置點(diǎn)中產(chǎn)生波動(dòng)。因此，晶體管中的Vcb波動(dòng)會(huì)調(diào)制Ccb，從而影響振蕩器的頻率和相位噪聲。

另一種頻率牽引現(xiàn)象有時(shí)稱為注入鎖定或注入牽引。它涉及非常接近VCO工作頻率的干擾信號(hào)的影響。當(dāng) VCO 輸出端口的干擾源幅度足夠時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致 VCO 改變其振蕩頻率以匹配干擾頻率1。

受較差的輸出隔離影響的另一個(gè)關(guān)鍵性能因素是相位噪聲。在過(guò)去的幾年中，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，以更好地描述振蕩器中相位噪聲的產(chǎn)生。產(chǎn)生相位噪聲的條件包括負(fù)載阻抗的變化、回饋VCO輸出的功率反射、過(guò)大的接地電流以及由于RF布局不良而導(dǎo)致的輻射耦合。感應(yīng)電壓變化會(huì)導(dǎo)致有源器件中的偏置電流波動(dòng)、對(duì)Ccb的調(diào)制效應(yīng)、幅度擾動(dòng)以及其他降低性能的細(xì)微問(wèn)題2。

適當(dāng)?shù)腣CO隔離還取決于電路板布局，以及VCO是分立的、集成的還是模塊化的。VCO操作可能會(huì)受到耦合到VCO的任何輻射RF能量的干擾。能量可以直接耦合到VCO，也可以通過(guò)連接到VCO的其他電路或走線耦合。即使是在VCO附近運(yùn)行的未連接的電路走線也可以用作天線，拾取輻射能量并將其重新輻射到VCO中。當(dāng)VCO噪聲性能至關(guān)重要時(shí)，應(yīng)始終遵守正確的布局。

通過(guò)信號(hào)路徑傳導(dǎo)并返回VCO輸出的RF能量也會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn)題。這種傳導(dǎo)衰減的一個(gè)原因可能是RF功率放大器（PA）打開(kāi)或關(guān)閉，這可能導(dǎo)致信號(hào)路徑或其他電路中的阻抗變化，從而拾取輻射的RF能量并將其傳導(dǎo)回信號(hào)路徑。良好的PC布局有助于最大限度地減少VCO的輻射和傳導(dǎo)擾動(dòng)。VCO 附近的接地、屏蔽和走線布線會(huì)影響 VCO 操作，以及 VCO 緩沖電路可以實(shí)現(xiàn)的隔離量。

既然已經(jīng)指出了一些退化機(jī)制，那么了解它們?cè)跓o(wú)線電操作過(guò)程中的表現(xiàn)也很重要。當(dāng)反射信號(hào)到達(dá)VCO時(shí)，較差的輸出隔離會(huì)降低PLL鎖定時(shí)間。可能需要將鑒相器輸入與接收器或發(fā)射器隔離，以緩解此問(wèn)題。相位噪聲的增加也會(huì)降低發(fā)射或接收模式下的相鄰?fù)ǖ辣Ｗo(hù)。發(fā)射操作期間的調(diào)制失真也可能是VCO隔離不良的結(jié)果。

解決輻射干擾問(wèn)題通常需要大量的思考和實(shí)驗(yàn)，但通常只需添加一個(gè)VCO緩沖放大器即可解決傳導(dǎo)干擾問(wèn)題。MAX2472等集成緩沖器節(jié)省了電路板空間，并提供了出色的VCO隔離性。其電路拓?fù)浞浅＿m合提供LO和鑒相器輸入信號(hào)，同時(shí)保持它們與VCO之間的隔離。

對(duì)表1中的S參數(shù)進(jìn)行快速分析，可以發(fā)現(xiàn)MAX2472是解決VCO輸出隔離不良問(wèn)題的理想解決方案3（圖2）。VCO和混頻器之間實(shí)現(xiàn)的典型隔離度在44MHz時(shí)約為900db，在30MHz時(shí)約為1900dB。該器件在這些頻率下提供高度穩(wěn)定的增益，分別為 10dB 和 8dB。

表 1.MAX2472典型S參數(shù)

圖2.在900MHz頻率下，IC緩沖放大器（MAX2472）在VCO和混頻器之間提供約10dB的增益和44dB的隔離。

當(dāng)VCO輸出端只有一個(gè)信號(hào)路徑時(shí)，MAX2473可作為良好的VCO緩沖器，在相同的小型SOT23-6封裝中提供更大的反向隔離。作為一項(xiàng)附加功能，其可調(diào)偏置電流可最大限度地減少手機(jī)和其他電池供電應(yīng)用中的電流消耗。

在便攜式無(wú)線電環(huán)境中，各種機(jī)制都會(huì)降低VCO性能，但這些問(wèn)題的解決方案是可用的。有些問(wèn)題需要廣泛的分析和精心設(shè)計(jì)的解決辦法，而另一些問(wèn)題則很容易克服。像MAX2472/MAX2473這樣的小型集成VCO緩沖器可以為VCO問(wèn)題提供簡(jiǎn)單的解決方案。

審核編輯：郭婷