本文力圖探索實現一個免調節、固定頻率的中頻(IF)壓控振蕩器(VCO)所需了解的基本設計原理，同時指出保證電路正常工作所需面臨的挑戰。在多數無線系統的架構中，VCO都是一個關鍵部件。兩次變換系統需要一個固定頻率的IF VCO，用來控制中頻到基帶和/或基帶到中頻的頻率轉換。

全文由兩部分組成，前一部分力圖探索實現一個免調節、固定頻率的中頻壓控振蕩器(VCO)所需了解的基本設計原理，同時指出保證電路正常工作所需面臨的挑戰。在多數無線系統的架構中，VCO都是一個關鍵部件。兩次變換系統需要一個固定頻率的IF VCO，用來控制中頻到基帶和/或基帶到中頻的頻率轉換。

兩次變換系統需要兩個振蕩器。典型地，第一個振蕩器(RF VCO)可在整個輸入波段內調諧，第二個振蕩器(IF VCO)工作在預先設定好的單一頻率下。RF VCO有現成的模塊、IC或分立元件電路可用，以模塊或IC更為普遍。而就IF VCO來講，小體積、低成本的模塊幾乎無法從市場上找到。這可能是由于中頻頻率的多變性以及制造過程中無法進行激光微調(調節)的大數值電感所致。因此，IF VCO常常采用分立電路或部分IC的方式實現。

為此，Maxim首創了一種全新概念的VCO IC，應用于無線系統正好可以彌補其他板級RF/IF IC在這項功能上的不足。本文的第二部分將介紹這種IC及其開發情況，并詳細闡述它所能實現的簡單、價廉的應用。

分立元件VCO能夠提供足夠的自由度來滿足大多數系統的性能要求(調諧范圍、輸出功率、相位噪聲、電流消耗、成本等等)。然而，對于具有較大批量、價格敏感的現代產品，震蕩頻率的生產線調整是不可接受的。這迫使RF工程師必須設計出一個不需要在安裝過程中調整的VCO，即免調整VCO。這項設計任務并不簡單，除了要掌握VCO的基本設計原理外，還需要RF工程師花費大量精力來保證設計的一致性，而且在各種變化因素(如元件參數、溫度及電源電壓等)允許的改變范圍內，振蕩器始終調諧在正確的頻率。下面的討論試圖對這項任務的重要性給出一個評價，同時解釋一些和免調節中頻VCO設計有關的問題。

VCO拓撲

有多種可行的振蕩器拓撲都可用于構建一個實用的RF VCO，其中一種已經在許多商品化VCO模塊和不計其數的分立VCO電路中得到了成功應用，這就是Colpitts共集電極拓撲(圖1)。該拓撲可用于很寬的工作頻率范圍，從IF直到RF。

圖1. 基本Colpitts振蕩器

一個靈活、廉價、并具有足夠高性能的VCO可基于一個由廉價的表貼電感和變容二極管組成的電感-電容(LC)諧振槽路組成。振蕩器槽路是一個并聯諧振電路，控制著振蕩頻率，電感或電容的任何變化都會改變振蕩頻率。電感和壓變電容可以并聯或串聯模式的網絡形式實現可變諧振。

并聯模式網絡可用于較低頻率，因為大值壓變電容難以實現而電感可以做得比較大。并聯模式配置還便于對振蕩器做直觀地分析。在本文余下的篇幅中，借助并聯模式LC槽路的Colpitts振蕩器對免調節IF VCO的設計進行闡述(圖2)。

圖2. Colpitts拓撲用于VCO

Colpitts振蕩器在很多教科書中都有論述(Clarke和Hess 1978，Hayward 1994，Rohde 1998)，并已推導出一些通用的和專用于Colpitts拓撲的方程，可用來描述振蕩器的工作機理。振蕩器在電路中被抽象為一個反饋放大器模型。精確的振蕩頻率表達可通過此模型中阻抗的平衡而得到，但所得表達式往往很復雜且無助于振蕩器的設計。

另一方面，對于Colpitts振蕩器可以采用一種簡化的、精確性稍差的方法來加以分析，并得到一組更清晰、更直觀的設計方程，非常有助于一階振蕩器的設計。首先，Colpitts振蕩器可重畫為一個帶有正反饋的LC放大器(圖3)。這個視點易于計算環路增益、振蕩幅度和相位噪聲。為了描述啟動過程和振蕩頻率，最初的電路也可重畫為一個負阻加諧振器結構(圖4)。從上述兩個視點得到的一系列方程聯合起來構成一組Colpitts振蕩器的設計方程(Meyer 1998)。

圖3. LC放大器模型

圖4. 映像放大器模型