### VCO电路的低功耗设计要点 #### 1. VCO的定义和重要性 压控振荡器（VCO）是无线通信和光纤通信系统中的核心组件，特别是在PLL（锁相环）、时钟恢复电路和频率综合器中扮演着至关重要的角色。VCO的主要性能指标包括中心频率、频率调节范围、频率稳定度、电压-频率转换线性度、相位噪声、输出振幅、功耗等。 #### 2. VCO的研究趋势 VCO的研究趋势集中在降低其相位噪声、功耗、频率稳定性和操作电压上。当前，LC谐振网络VCO普遍使用CMOS工艺，并且越来越多的研究者开始关注在CMOS工艺下设计低功耗、低噪声、具有宽频率调谐范围的差分耦合VCO。 #### 3. VCO的基本电路结构 VCO的基本电路结构一般包括振荡器核心、选频谐振网络和反馈网络。LC电路结构在选频谐振网络中设置为有源或无源放大器网络的负载。为了补偿LC谐振网络中的能量损耗，通常需要产生负阻抗。在实际LCVCO中，通过有源器件产生负阻抗来补偿集成电感和可变电容的功率损耗，这种负阻抗可以通过差分对管组成的反馈电路来实现。 #### 4. 负阻差分振荡器的设计 负阻差分振荡器通常由两对互补交叉耦合管对构成，这样的结构可以为电感提供负阻抗。两个PMOS和两个NMOS管分别串联在各自支路，并工作在饱和区。通过尺寸对称优化的NMOS与PMOS管，可以进一步优化电路性能。 #### 5. VCO的起振条件和实现方法 所有振荡器的核心在于某个特定频率上实现正反馈的环路。振荡的条件是满足Barkhausen判据，即振荡条件为放大单元的传递函数乘以正反馈单元的传递函数等于1，并且相位偏移为2π的整数倍。在稳定振荡时，环路增益等于1，但在起振时环路增益必须大于1。 #### 6. 低功耗GHz VCO设计的实例 在文中提供的实例中，设计了一个目标中心振荡频率为2.38GHz的LC压控振荡器。该VCO采用CSMC 0.5um工艺，使用Cadence公司Virtuoso仿真工具，并以片上螺旋电感和MOS管可变电容组成谐振网络。该VCO的功耗低，同时满足DCS-1800标准的相位噪声要求，并有8%的调谐范围。 #### 7. 设计中的技术细节 电路设计中包括电源电压为5V，使用互补交叉耦合对结构来提供负阻抗，确保振荡器可以在低功耗状态下工作。此外，通过使用相位噪声、调谐范围和频率稳定性等参数的分析，证明了设计的VCO电路不仅功耗低，而且具有良好的性能指标。 #### 8. 结论 设计并实现了一款低功耗的GHz频率范围内的VCO电路，该电路采用负阻差分振荡器的基本结构，通过仿真验证了其在保持低功耗的同时，具有良好的频率稳定性和较低的相位噪声。这为未来无线通信系统中低功耗高性能VCO的设计提供了新的思路和技术参考。

在电子工程领域，尤其是无线通信和射频技术中，滤波器是至关重要的组件，用于选择性地允许特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率。本案例关注的是一个中心频率为2.45GHz的微带带通滤波器，采用FR4材料作为基板，设计为平行耦合线结构。这种滤波器的设计和实现涉及到多个关键知识点，接下来我们将详细探讨。 **中心频率2.45GHz** 是滤波器的工作频率，它位于微波频段，常见于Wi-Fi、蓝牙等无线通信系统。设计时需要确保滤波器在此频率具有最高的传输效率和最小的损耗。 **FR4材料** 是一种常见的印制电路板（PCB）材料，具有稳定的介电常数（4.4）和低损耗特性。**介电常数** 决定了信号在介质中的传播速度，而**损耗角正切（tan δ）0.02** 表示信号能量在传播过程中的损失程度。FR4的这些参数使得它成为射频和微波应用的理想选择，特别是对于成本敏感的项目。 **介质板厚度1mm** 对滤波器的性能也有重要影响。厚度决定了电磁场的分布和滤波器的物理尺寸，同时影响着谐振器的品质因数（Q值）。Q值越高，滤波器的选择性越好，但过高的Q值可能导致带宽过窄。 **平行耦合线结构** 是滤波器的一种设计，其中两条平行的微带线互相靠近，通过电场耦合实现信号的传递。这种结构可以实现带通响应，允许特定频率范围内的信号通过。耦合强度可以通过改变线间距、线宽和介质层厚度来调整，从而控制滤波器的带宽和通带特性。 在设计过程中，**ANSYS HFSS** 是一款强大的三维电磁场仿真软件，用于模拟微波器件的行为。2021 R2版本提供了先进的求解器和优化工具，帮助工程师精确预测滤波器的性能，包括S参数、插入损耗、带宽和阻带特性等。 在实际应用中，设计微带带通滤波器还需要考虑以下几点： 1. **阻带性能**：除了通带外，滤波器应有效地阻止不需要的频率信号。 2. **温度稳定性**：由于FR4的介电常数随温度变化，滤波器设计需考虑温度影响。 3. **制造工艺**：实际生产中，必须考虑到PCB的加工精度和误差，以及贴装元件的影响。 这款中心频率为2.45GHz的FR4微带带通滤波器，通过平行耦合线结构实现其功能，是无线通信系统中必不可少的部件。设计时需要综合考虑材料参数、结构参数和仿真工具，以达到理想的滤波效果。

基于0.15 μm栅长GaAs E-PHEMT工艺，设计了一款可应用于X波段和Ku波段的宽带高效率功率放大器。针对二次谐波会明显降低功率放大器效率的问题，采用四分之一波长微带线组成输出端偏置网络，将二次谐波短接到地，有效地提高了功率附加效率；通过分析匹配网络级数对宽带匹配的影响，输出匹配电路采用电容微带线组成的两级电抗网络实现低Q值匹配，拓展了电路的宽带特性。测试结果表明，该放大器在9~15 GHz工作频率内，连续波饱和输出功率大于28 dBm，功率附加效率为35%～45%，功率回退至19 dBm下时，IMD3小于-34 dBc，该MMIC尺寸为2.34 mm*1.25 mm。

通过分析当前智能家居存在的诸如价格高、功能多而不实用等问题，本文进行了室内照明无线遥控系统的研究。采用2．4 GHz无线收发芯片A7105，设计了软硬件电路，以LED模拟照明灯，实现了无线遥控功能，并分析了本系统存在的问题及进一步的发展。最后对于本系统成本进行了分析，指出本系统具有低价位的突出优点，为进一步设计实用的室内照明无线遥控系统提供了可能。若后续研究成功后，定会有广阔的应用前景。

纺织天线的开发是朝着打造智能服装这一目标迈出的重要一步。 在本文中，我们报告了为E波段（约2.45 GHz）设计的基于牛仔裤的圆极化纺织天线。 我们介绍了设计的三种变体以及相应的结果。 该天线包括多层牛仔裤织物作为基底，导电织物作为贴片，其被另一层牛仔裤遮盖，并且接地层由铜箔或另一种导电织物形成。 选择了多层结构以提供更宽的带宽和更好的效率，而天线的上表面又覆盖了一层牛仔裤，以使天线在戴在手臂上时不那么明显，并保护贴片和机械损伤和湿气损坏基材。 所有这三个变体的特点是，在约2.45 GHz的频率下具有约3 dB的良好实现增益，宽的波束宽度和21％或更高的宽带宽，辐射效率约为36％，前后比为5 dB或更好，接地平面仅比贴片大一点。

通过对实际的集成射频模块的选择，以及利用ADS对射频前端的仿真，可以得到系统的一些重要性能指标，通过对这些性能指标进行分析，可以得出设计的射频收发端是可行的，可以满足实际无线通信环境对射频系统的要求。另外，为了能够在实际的应用中使收发前端实现最佳的性能，设计可以对噪声与非线性的影响作进一步的分析，通过分析可以选用更合适的射频模块或对电路进行一些改进，以满足特殊的信道对射频前端的要求。

采用一种基于开关电容阵列（SCA）和电压、电流滤波相结合的电路结构，设计了一个宽调谐范围低相位噪声的互补交叉耦合型LC压控振荡器。利用ADS仿真软件对电路进行仿真，达到了宽调谐、低相位噪声、低功耗的要求。

采用 0.25 μm GaAs pHEMT工艺研制了一款分布式功率放大器，详细介绍了电路设计和优化过程。通过增加低频交流终端,使得该放大器低频段的增益平坦度有明显的改善。仿真结果表明该放大器带宽约为30 GHz，小信号增益约为8.5 dB，1 dB压缩点输出功率约为21 dBm，功率附加效率最高能达到20%以上。

Lec08-2.4GHz蓝牙倒F PCB天线HFSS设计分析.pdf

该频率计测频范围分10Hz-50MHz、50MHz -2.4GHz两档，输入灵敏度30mV，由于对晶振电路采用了简易的恒温措施，故频率稳定度可达10-6，现介绍制作方法。