压控高频LC振荡器的设计
————开题报告
学生：xxx，物理与信息工程学院
指导老师：xxxxxx
一． 课题来源
正弦波振荡器在无线电技术领域应用十分广泛，在电子测量中，正弦波信号必不可少的基准信号源。正弦波振荡器主要有决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，正弦波振荡器可分为有LC振荡器、RC振荡器、石英晶体振荡器等。本论文主要讲述了高频高精度的LC正弦波振荡器的产生。介绍了该振荡器的基本工作原理、设计电路、性能和测试指标等。此外，还具体说明了电路设计的制作过程和元器件的检测、安装、焊接、调试等过程。阐述了技术指标要求测试方法和数据记录。并对实测数据进行了分析和总结。目前压控振荡器被广泛应用与通信系统电路中，例如锁相环、频率综合器以及时钟产生和时钟恢复电路。而且VCO压控LC器在现实通信领域也有很广泛的应用，其性能优于环形振荡器。振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。在这次的论文选题中有软件方面的也有硬件方面的，而我本人对硬件比较感兴趣，且压控振荡器是硬件中比较核心的部分，因此我选择了《压控高频LC振荡器的设计》这样一个课题。
参考文献
二． 研究的意义和目的
在通信技术、测量技术、计算机技术等各种领域中，常常要用到精度比较高，
频率稳定度高且方便可调的信号源，电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件，为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。本文设计了一款电压控制LC振荡器，采用西勒振荡器作为本系统的主要部分，解决了基本三点式振荡设计中存在的改变振荡频率必改变反馈系数的矛盾，通过调节压控变容二极管两端电压，改变振荡器的输出频率，使系统实现15MHz～35MHz输出频率可变；频率稳定度优于0.001；输出电压峰峰值为1V。在通信技术、计算机技术和石英钟表制作技术等领域，用常规的信号发生器无法满足这种要求，因此，人们提出了频率合成器的方案，使用锁相环芯片MC145152，使VCO频率实现频率合成，并稳定频率，通过锁相环来控制压控振荡器，使其能够产生高精度的频率可调的多个频率点，为电子很多领域器件的各种功能的精确实施提供方便。频率合成是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产生一系列等间隔的离散频率信号的一种技术，这些离散频率的准确度和稳定度与晶体振荡器相同。这样，就克服晶体振荡器只能产生单一频率信号的缺点。频率合成器是近代通信系统的重要组成部分。早期的通信系统都是采用调谐的方法实现特定频率上的通信或者从一个频道转换到另一频道，这种方法严重地限制了通信质量的提高。采用频率合成器后，可以用数字预置的方法提供大量精确且能迅速转换的载波信号和本振信号，从而大大地提高了通信质量，而且许多新的通信体制也就有可能得到实现。目前，频率合成器的应用已经超出了通信领域，广泛应用于各种近代电子系统中。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。它是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。常用正弦波振荡器主要由决定振荡率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、FT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。
在通信技术、测量技术、计算机技术等各种领域中，常常要用到精度比较高，频率稳定度高且方便可调的信号源，电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件，为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。本文设计了一款电压控制LC振荡器，采用西勒振荡器作为本系统的主要部分，解决了基本三点式振荡设计中存在的改变振荡频率必改变反馈系数的矛盾，通过
参考文献
调节压控变容二极管两端电压，改变振荡器的输出频率，使系统实现15MHz～35MHz输出频率可变。在通信技术、计算机技术和石英钟表制作技术等领域，用常规的信号发生器无法满足这种要求，因此，人们提出了频率合成器的方案，使用锁相环芯片MC145152，使VCO频率实现频率合成，并稳定频率，通过锁相环来控制压控振荡器，使其能够产生高精度的频率可调的多个频率点，为电子很多领域器件的各种功能的精确实施提供方便。频率合成是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产生一系列等间隔的离散频率信号的一种技术，这些离散频率的准确度和稳定度与晶体振荡器相同。这样，就克服晶体振荡器只能产生单一频率信号的缺点。频率合成器是近代通信系统的重要组成部分。早期的通信系统都是采用调谐的方法实现特定频率上的通信或者从一个频道转换到另一频道，这种方法严重地限制了通信质量的提高。采用频率合成器后，可以用数字预置的方法提供大量精确且能迅速转换的载波信号和本振信号，从而大大地提高了通信质量，而且许多新的通信体制也就有可能得到实现。目前，频率合成器的应用已经超出了通信领域，广泛应用于各种近代电子系统中。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。它是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。常用正弦波振荡器主要由决定振荡率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、FT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。
本设计涉及的模拟硬件电路较多。VCO和功率放大模块属纯硬件部分，又属于高频部分。所用的电容值多在十几pF数量级，晶体管的特性参数存在较大差别，实际测试结果与理论值存在较大的误差，所以在测试时需要反复调整电感和电容的具体数值，才能有理想的结果。因此，采用低成本、低损耗、易集成电路，既是市场的需要，也是研究的需要。
三． 国内外现状和发展趋势
研究者们正在引入一些从前的分立VCO和模块VCO方法不可能实现的技术，如差分振荡器拓扑结构、振幅控制、二次陷波、用于改善耦合的IC转换器、多振荡器拓扑结构和一些能够在更高频率下工作的体系结构。设计工程师们对VCO理论的理解也越来越深入。他们正在对过去的数学模型如Van der Pol等式和Leeson等式作进一步的研究，得出了新的解释振荡器工作现象(如调谐特性和相
参考文献
位噪声性能)的分析表达式。例如，设计者们正在用Abidi关系改进Leeson的噪声公式。除此之外，随着个人电脑和工作站计算机处理能力的提高，计算机辅助工程(CAE)工具的功能和复杂程度也在提高之中，这使工程师们可以对VCO功能模型进行试验以发现其性能的改进。
单片VCO技术新产品的数量在不断地增多，并且这些高品质的VCO与收发机电路集成在一起。例如，用于WLAN和Bluetooth市场的最新的收发机在其RF收发机IC内集成了VCO，与使用分立元件相比极大地减小了产品尺寸。在更高性能的WLAN无线系统中(2.4GHz IEEE® 802.11b以及5GHz 802.11a)，系统需要具有非常低相位噪声的更高性能VCO来满足包数据率和阻塞水平的要求。RFIC VCO技术的进步使这些集成产品对数量日益增长的商业RF应用更加具有吸引力，这些应用包括卫星接收机、CATV机顶盒、无线数据应用、无绳电话和移动电话等。显然，单片VCO与分立和模块化VCO解决方案相比在大批量的应用中正在获得越来越多的份额。单片VCO很快就会在所有大批量商用无线系统中成为最主流的振荡器实现方案。
四． 研究的内容及工作的主要阶段
一）目的和要求
高频电子技术是一门工程性和实践性很强的应用电子技术。通过本设计课题的研究，可以极大地提高学生综合应用高频电子技术的水平。 要求学生独立完成课题内容，并撰写出论文。 二）主要内容
本设计课题的主要内容是：设计并制作一个电压控制的正弦波振荡器。其输出频率范围为15~30MHz；频率稳定度优于0.001；输出电压峰峰值为1V；实时测量并用数码管显示振荡器输出频率值；可实现手动或遥控输出频率的步进，步长为1MHz。
三）应完成的工作
1、文献检索：查阅与课题有关的近3～5年文献，并写出文献综述； 2、开题报告； 3、外文翻译；
4、总体设计方案比较与论证； 5、具体电路的设计与参数计算； 6、实物的安装与调试 7、撰写论文。 四）进度安排:
2012年02月20日～2006年02月25日，去图书馆借书，完成文献综述； 20012年02月26日～2012年03月03日，通过对课题的理解，查阅大量的书籍，并去网上查与阅，开始开题报告，初步完成；
2012年03月04日～2012年03月10日，翻阅大量外文书籍，通过自己的
参考文献
专业英语的基础翻译出来，形成英文翻译；
2012年03月11日～2012年03月22日，拿出课题的基本解决方案； 2012年03月23日～2012年04月05日，找出几个方案，进行方案比较，选出一个比较切合实际的方案；
2012年04月06日～2012年04月12日，初步实现该系统，并开始进行仿真；
2012年04月13日～2012年04月20日，仿真完成，开始完成硬件； 2012年04月21日～2012年04月30日，整理数据，撰写论文；
2012年05月01日～2012年05月10日，准备答辩。
五． 应收集的资料及主要参考文献
《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程高频电子线路设计》,高吉祥 北京:电子工业出版社，2009.01
《全国大学生电子设计竞赛试题汇编》。 《高频电子线路》，张肃文， 北京:高等教育出版社，1993.04 《高频电子线路》，曾兴雯， 北京:高等教育出版社，2004.01 《高频电子线路》，胡宴如，耿苏燕 北京:高等教育出版社 2009.01 《射频模拟电路》，张玉兴编，电子工业出版社，2002.09 《电子线路设计·实验·测试》，谢自美,华中理工大学出版社。 《锁相与频率合成》，张冠百， 北京:电子工业出版社，1990.08 《锁相技术》，王福昌，鲁昆生 武汉：华中科技大学出版社，2009.09 《锁相与频率合成技术》 北京：气象出版社，1996.09
《单片微型计算机原理及应用》 张毅坤，陈善久，裘雪红 西安：西安电子科技大学出版社 1998.08
《单片机外围器件实用手册-存储器分册》 ，窦振中 北京：北京航空航天出版社，1998
《单片机原理及接口技术》，李朝青 北京：北京航空航天出版社，2005 《电子测量技术基础》 杨吉祥等 南京：东南大学出版社，2003 《电子测量仪器原理与使用》，林占江 林放 北京：电子工业出版社，2006 《实用电工电子技术教程》 朱静 电子科技大学出版社 2007/1/1 （其它有关教材、专著、电子期刊、外文资料、网上资料等） 电子市场调查
六． 现有条件及必须采取措施
在看过了老师给的任务书之后，我进行了大量的书籍查阅和网上查询。了解了大体情况我开始对本题系统进行分析规划,做了几套可行方案,最后根据我们现有的资源和方案的可行性选择了一套合适的方案，本电压控制LC振荡器系统包括压控振荡器（VCO），高频功率放大器（RFAMP），单片机测频系统。本系统的VCO部分采用了大变化范围的变容二极管做振荡电容，频率调节范围宽，在输入电压从0.5V变化到8V时，输出频率可以从14MHz变化到39MHz，且能保持良好的线性度，振荡环路加入了防振措施，高次谐波能得到很好的抑制，输出的正弦
参考文献
波波形良好，纯度高，失真低，幅度高且稳定。本系统使用单片机控制，从操作的灵活性和可靠性方面考虑，（RFAMP）只设计两级，输入级是选频电压放大，谐振在30MHz；输出级由于接成E类开关型放大器，搭接50欧负载时输出大功率和高效率的30MHz高频信号毫不费力。本次设计需要的仪器包括：高频信号发生器，示波器，频谱仪，数字万用表，计数器，直流稳定电源等。
七． 协助单位
在这次高频压控LC振荡器的设计中，希望学校为我们提供良好的学习环境：开设毕业设计实验室，提供示波器等仪器以解决系统设计、调试等问题。
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