20、可调频率振荡器与纳米磁性材料在电子设备中的应用

可调频率振荡器与纳米磁性材料在电子设备中的应用

可调频率振荡器

实验方法与材料

LC - VCO（电感电容压控振荡器）需要一对有源电感来产生负电阻以维持振荡。它是一种反馈结构由电感和电容并联组成的 LC 谐振回路的振荡器。基本的 LC - VCO 通过电感和电容的组合形成谐振回路。

其传递函数为：
[
\tau_{loop}(s) = \frac{1}{sL + sLR + s^2LC}
]

VCO 设计的两个基本参数用于构建谐振器和进行频率调谐，材料的选择取决于它们对性能的贡献。大电感值和变容二极管的 (C_{max}/C_{min}) 比值可提供较宽的调谐范围。基本 LC - VCO 的基本振荡频率为：
[
f_{osc} = \frac{1}{2\pi\sqrt{L(C + C_{B})}}
]

其中，(C_{v}) 是变容二极管的电容，(C_{B}) 是开关电容组的电容，计算公式如下：
[
C_{v} = \frac{C_{max} + C_{min}}{C_{min} + C_{fix}}
]
[
C_{B} = C_{p} + \sum_{n = 0}^{N}nC_{unit}
]

这里，(C_{p}) 是电容组未连接时的寄生电容，(C_{unit}) 是电容组每单位的电容，(n) 是编码数。得到的振荡范围 (V_{out+}) 到 (V_{out-}) 相位相差 180°。

VCO 有三种拓扑结构：NMOS、PMOS 和互补晶体管。它们的特点如下表所示：