الزامات مدار VCO در الکترونیک

الزامات مدار VCO در الکترونیک:
هنگام طراحی یک مدار اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ یا VCO، چندین پارامتر مختلف وجود دارند که باید قبل از شروع طراحی حتما به آن ها توجه شود.

در این قسمت به بررسی چند مورد از مهم ترین پارامترهای عملکرد اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ را می پردازیم.

بازه تنظیم VCO:
واضح است که یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ باید در طول بازه ای تنظیم شود که عملکرد حلقه نیز در آن بازه انجام می گیرد. رسیدن به این هدف همواره آسان نیست و ممکن است لازم باشد مدار اسیلاتور VCO در برخی شرایط سوئیچ کند.

بهره تنظیم VCO:
بهره یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ بسیار مهم است. این مقدار را بر حسب ولت بر هرتز اندازه گیری می کنند. همان طور که از واحد آن مشخص است، بهره تنظیم نشان دهنده شیفت تنظیم (Tuning Shift) به ازای یک تغییر خاص در ولتاژ است.

بهره اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ، روی برخی از محاسبات و ملاحظات طراحی حلقه کلی در حلقه قفل فاز تأثیر می گذارد. در تصویر زیر نمایی از منحنی ولتاژ - فرکانس مربوط به یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ را مشاهده می کنید.

منحنی پاسخ VCO در فرکانس های پایین نسبتا راست به نظر می رسد، اما در ولتاژهای بالاتر که تغییر در ظرفیت خازنی دیود واراکتور کاهش می یابد، منحنی شکل مسطح تری به خود می گیرد.

شیب نمودار ولتاژ - فرکانس در VCO:
یکی از مهم ترین ملزومات هر اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ در حلقه قفل فاز این است که منحنی ولتاژ - فرکانس یکنواخت (Monotonic) باشد. به عبارت دیگر، این منحنی باید به یک صورت تغییر کند، معمولا با افزایش ولتاژ، فرکانس افزایش یابد.

گاهی ممکن است در برخی نمونه ها و در نتیجه رزونانس جعلی (Spurious Resonances)، این یکنواختی وجود نداشته باشد که باعث می شود حلقه ناپایدار شود. به همین دلیل، برای عملکرد مناسب حلقه قفل فاز باید از وقوع این حالت جلوگیری شود.

در تصویر زیر نمایی از منحنی ولتاژ - فرکانس یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ شامل یک گسستگی (Discontinuity) در نمودار دیده می شود.

همان طور که در تصویر دیده می شود، نمودار شامل یک فرورفتگی است که منجر به ناپایداری حلقه قفل فاز می شود.

عملکرد نویز فاز (Phase Noise Performance):
عملکرد نویز فاز مربوط به یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ در برخی کاربردهای حلقه قفل فاز، مخصوصا در ترکیب کننده های فرکانسی از اهمیت بالایی برخوردار است.

عملکرد نویز فاز در VCO یک فاکتور غالب از نویز فاز در بیرون از پهنای باند حلقه قفل فاز محسوب می شود.

اگرچه مقادیر نزدیک به نویز توسط عملکرد حلقه قفل فاز کاهش داده می شود، اما بیرون از پهنای باند حلقه، نویز فاز اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ دیگر کاهش داده نمی شود.

این موارد تعدادی از ملزومات اصلی هستند که برای طراحی یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ باید به آن ها توجه کرد.

بهینه سازی دقیق Q در مدار تنظیم شده مخصوصا با استفاده از دیود واراکتور با Q تا حد ممکن بزرگ، انتخاب ادوات اکتیو و بهینه سازی فیدبک در اسیلاتور نیز از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

فیدبک VCO:
مانند هر اسیلاتور دیگر، یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ نیز ممکن است به صورت یک تقویت کننده و یک حلقه فیدبک در نظر گرفته شود. بهره تقویت کننده را با A و بهره فیدبک را با B نشان می دهیم. برای اینکه یک مدار نوسان کند، باید تمام شیفت فاز اطراف حلقه برابر با 360 درجه و بهره نیز برابر با یک باشد.

در این مدار سیگنال ها حول حلقه فیدبک می شوند تا با یکدیگر جمع شوند، در نتیجه هر اغتشاش کوچک در حلقه فیدبک و ساخته می شود. به دلیل این واقعیت که شبکه فیدبک به فرکانس وابسته است، سیگنال در یک فرکانس، یعنی فرکانس رزونانس شبکه فیدبک ساخته می شود و یک سیگنال تک فرکانسی به دست می آید.

بسیاری از اسیلاتورها و VCOها از مدار امیتر مشترک استفاده می کنند. این مدار می تواند شیفت فاز 180 درجه را به وجود بیاورد و شبکه فیدبک نیز می تواند 180 درجه دیگر شیفت فاز ایجاد کند.

سایر مدارت اسیلاتور و VCO ممکن است از یک مدار بیس مشترک استفاده کنند که در آن (با فرض استفاده از ترانزیستور دوقطبی) هیچ شیفت فازی بین سیگنال های امیتر و کلکتور وجود ندارد و شبکه شیفت فاز باید 0 یا 360 درجه شیفت را فراهم کند.

برای اینکه اسیلاتور در یک فرکانس ثابت نوسان کند، سیستم باید شامل یک مدار رزونانس باشد تا اطمینان حاصل شود که نوسان در فرکانس داده شده به وجود می آید.

مدار رزونانس می تواند یکی از چند پیکربندی سری یا موازی مدار رزونانس LC باشد که رزونانس به مدار یا کریستال کوارتز بستگی دارد.