緩沖放大器解決VCO問題

振蕩器電路輸出隔離不良會導致不利影響。本文介紹了圍繞VCO電路的關鍵應用問題，例如負載牽引、電源推動、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緩解這些問題。介紹MAX2472/MAX2473 VCO緩沖器以及應用電路和測量數據。

常見的設計做法是通過在兩個電路級之間引入緩沖放大器來隔離它們。隔離可最大限度地減少許多不利影響，并在射頻（RF）下。較差的輸出隔離會干擾振蕩器性能，因此振蕩器輸出端通常包括緩沖級。

在討論增加緩沖放大器級之前，我們先考慮一些典型的VCO特性，以及隔離問題如何降低性能。例如，一個常見的問題是VCO響應負載條件變化（頻率牽引）而表現出的頻率變化。VCO輸出看到的阻抗變化會導致VCO有源器件結端的直流電壓發生變化。例如，雙極性器件的集電極至基極電壓 （Vcb） 的變化會影響集電極至基極電容 （Ccb），而后者又會影響整個諧振電路，從而改變振蕩頻率（圖 1）。

圖1.在該Colpitts VCO輸出端反射的信號功率會在電流消耗和偏置點中產生波動。因此，晶體管中的Vcb波動會調制Ccb，從而影響振蕩器的頻率和相位噪聲。

另一種頻率牽引現象有時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的影響。當 VCO 輸出端口的干擾源幅度足夠時，可能會導致 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關鍵性能因素是相位噪聲。在過去的幾年中，已經進行了大量研究，以更好地描述振蕩器中相位噪聲的產生。產生相位噪聲的條件包括負載阻抗的變化、回饋VCO輸出的功率反射、過大的接地電流以及由于RF布局不良而導致的輻射耦合。感應電壓變化會導致有源器件中的偏置電流波動、對Ccb的調制效應、幅度擾動以及其他降低性能的細微問題2。

適當的VCO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，也可以通過連接到VCO的其他電路或走線耦合。即使是在VCO附近運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VCO噪聲性能至關重要時，應始終遵守正確的布局。

通過信號路徑傳導并返回VCO輸出的RF能量也會產生上述問題。這種傳導衰減的一個原因可能是RF功率放大器（PA）打開或關閉，這可能導致信號路徑或其他電路中的阻抗變化，從而拾取輻射的RF能量并將其傳導回信號路徑。良好的PC布局有助于最大限度地減少VCO的輻射和傳導擾動。VCO 附近的接地、屏蔽和走線布線會影響 VCO 操作，以及 VCO 緩沖電路可以實現的隔離量。

既然已經指出了一些退化機制，那么了解它們在無線電操作過程中的表現也很重要。當反射信號到達VCO時，較差的輸出隔離會降低PLL鎖定時間?？赡苄枰獙㈣b相器輸入與接收器或發射器隔離，以緩解此問題。相位噪聲的增加也會降低發射或接收模式下的相鄰通道保護。發射操作期間的調制失真也可能是VCO隔離不良的結果。

解決輻射干擾問題通常需要大量的思考和實驗，但通常只需添加一個VCO緩沖放大器即可解決傳導干擾問題。MAX2472等集成緩沖器節省了電路板空間，并提供了出色的VCO隔離性。其電路拓撲非常適合提供LO和鑒相器輸入信號，同時保持它們與VCO之間的隔離。

對表1中的S參數進行快速分析，可以發現MAX2472是解決VCO輸出隔離不良問題的理想解決方案3（圖2）。VCO和混頻器之間實現的典型隔離度在44MHz時約為900db，在30MHz時約為1900dB。該器件在這些頻率下提供高度穩定的增益，分別為 10dB 和 8dB。

表 1.MAX2472典型S參數

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VCO輸出端只有一個信號路徑時，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。作為一項附加功能，其可調偏置電流可最大限度地減少手機和其他電池供電應用中的電流消耗。

在便攜式無線電環境中，各種機制都會降低VCO性能，但這些問題的解決方案是可用的。有些問題需要廣泛的分析和精心設計的解決辦法，而另一些問題則很容易克服。像MAX2472/MAX2473這樣的小型集成VCO緩沖器可以為VCO問題提供簡單的解決方案。

審核編輯：郭婷