CDIO总结报告文档格式.docx
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[2013年1月10日]
CDIO学习内容
1.基于ADS2008的VCO仿真设计
2.基于AD835的混频器制作
一、基于ADS2008的VCO仿真设计
1目的
1)了解压控振荡器的原理和设计方法
2)学习使用ADS软件进行VCO的设计,优化和仿真。
2参考资料
[1]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例专业技术培训教程.[M].北京:
电子工业出版社,2008
[2](美)J.卡尔·
约瑟夫.射频电路设计.[M].电子工业出版社,2011
3仿真内容
使用ADS软件设计一个VCO,并对其参数进行优化、仿真。
观察不同的参数对VCO工作的影响。
4仿真仪器
1.装有windows系统的PC一台
2.ADS2008仿真软件
3.截图软件
5仿真步骤
1)、管子的选取设计前必须根据自己的指标确定管子的参数,选好三极管和变容二极管。
2)、根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏置电阻。
3)、确定变容二极管的VC特性,先由指标(设计的振荡器频率)确定可变电容的值,然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压。
4)、第四步是进行谐波仿真,分析相位噪音,生成压控曲线,观察设计的振荡器的压控线性度。
6仿真结果
1)偏执电路的设计
采用双电源供电的方法,设置两个GOAL来进行两个偏置电阻的优化,考虑到振荡器中三极管的工作状态最好是远离饱和区,还要满足三极管1.8GHz时的最佳噪音特性,所以直流偏置优化的目标是lc=10mA,Vcb=5.3V,如右图所示。
图1-1偏执电路的仿真
2)变容二极管VC特性曲线测试
变容二极管(VaractorDiodes)为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时,有大量电流产生,PN(正负极)结的耗尽区变窄,电容变大,产生扩散电容效应;
当外加反向偏压时,则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生,所以在应用上均供给反向偏压。
下图为变容二极管的VC仿真图。
图1-2VC特性仿真电路图
图1-3VC特性曲线
3)输出频率
图1-4输出频谱图
从波形可以看到,振荡器已经很稳定地振荡起来了,并且有一定的振荡时间,从抽出两点m3,m4的数据可以看出,该振荡波形是相当稳定的,幅度差可以不必考虑,频谱纯度也较高,对m3和m4这段时域进行fs变换,可以看到振荡器振荡频率的频谱,从m5标记的数值可以看出,该振荡器的振荡频率为1.850GHz,与设计的指标1.8GHz有差距,需要进行调整。
4)调整优化的结果:
由于VCO的振荡频率由变容二极管所在的谐振网络的谐振频率决定,经计算得到当变容二极管的电容为8.25pF时,谐振频率为1.8GHz,此时由前面得到的VC曲线可以看到对应的二极管直流偏置电压为3.8V。
设置Vdc=3.8V后仿真得到的图形如右图,从图中可以看到该振荡器的振荡频率为1.799GHz,符合设计要求。
如图所示:
图1-5优化后输出频谱图
7总结
通过本次ADS对压控振荡器仿真实验,使我们小组更加真实、贴切的了解VCO的原理和用途。
也对VCO的设计有了一定的经验,设计过程中要考虑的首要问题就是管子的选取,设计前必须根据自己的指标确定管子的参数,从后来的设计来看,管子选得不好是很难达到预定目标的。
设计振荡器最重要的是使振荡频率满足预定的指标,而在这次的压控振荡器设计中与振荡器频率直接相关的有两个参数,一个是变容二极管的偏置电压,由变容二极管的VC曲线决定;
另一个是振荡器的反馈电感。
在这次实验过程中,我们小组不停的操作、翻阅资料、查阅文献,对VCO仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识,这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。
二、基于AD835的混频器制作
1目的
1)加强对混频器概念的设计。
2)混频器电路工程设计方法;
2AD835介绍
AD835是一款完整的四象限电压输出模拟乘法器,采用先进的介质隔离互补双极性工艺制造。
它产生X和Y电压输入的线性乘积,−3dB输出带宽为250MHz(小信号上升时间为1ns)。
满量程(−1V至+1V)上升至下降时间为2.5ns(采用150Ω标准RL),0.1%建立时间通常为20ns。
AD835不仅具有出众的速度性能,而且易于使用,功能丰富。
例如,除允许在输出端添加信号外,Z输入端还能使AD835的工作电压放大高达约10倍。
因此,该乘法器的乘积噪声非常低(50nV/√Hz),远胜于早期产品。
AD835采用8引脚PDIP封装(N)和8引脚SOIC封装(R),额定温度范围为−40°
C至+85°
C工业温度范围。
特征:
简要:
基本功能是w=xy+z
详细:
满足最少外部器件要求
快速:
0.1%建立时间为20ns
直流耦合输出电压简化使用,差分输入阻抗高,xyz输入
低放大噪声:
50nv./HZ
运用:
高速乘法、除法、平方运算
宽带调制和解调
相位检测和测量
正弦波频率加倍
视频增益控制和键控
电压控制放大器和滤波器
4电路原理
AD835输入通常是单面的,也就是x2与y2管脚通常接地,这是在输入与输出之间的一种额外的单独测量方法。
X与y输入也可以反向,以获取所需的特别极性的输入信号,或者可以驱动不同。
供电去耦和小心板布局在使用宽带的电路时是很重要的。
在图18中给以了推荐的去耦方式,应当给以参照。
在数据表中保留数据中,去耦元件已经省去,但是为了获取最佳的性能即满足高速输入的需求通常需要去耦。
比例系数U可以利用在引脚端W和Z之间的电阻分压器进行调节,如图所示:
图2-1原理图
5测试波形
1)两台函数信号发生器,输出频率分别为10MHZ和30MHZ(最大输出40MHZ)分别加到混频其的两个输入端,(本混频器最高可混频频率为250MHZ,由于实验室的射频信号源最低输出频率为700MHZ,而函数信号发生器最多输出频率40MHZ,所以就只测试了30MHZ和10MHZ),如图所示:
图2-2两路混频信号
图2-2混频后输出频谱图
2)实物图
图2-3实物图
图2-4电路原
图2-4电路原理图