芯耀
1943
用變?nèi)莨苓M(jìn)行調(diào)諧，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧，但是調(diào)諧范圍受限。
那怎么實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)諧范圍呢？答案就是采用數(shù)字調(diào)諧。基本思想，就是使用一系列的電容，然后通過開關(guān)與主電路連接，來控制VCO的頻率?？梢园裋cont看成是"精調(diào)(fine control)", 控制離散電容的信號，稱為"粗調(diào)(coarse control)".
這兩種方法在很多電路中都有采用。比如說調(diào)頻濾波器，也有兩種思想，一種是用變?nèi)莨軄磉_(dá)到改變電容值的目的；另一種，就是用數(shù)字調(diào)諧，即用開關(guān)來將離散電容與主電路連接或斷開。
(A)實(shí)現(xiàn)方法整體的調(diào)諧曲線入下圖所示：fine control提供連續(xù)但是范圍較窄的調(diào)諧；coarse control把連續(xù)調(diào)諧曲線上移或下降。這樣，兩者結(jié)合，就獲得了寬調(diào)諧范圍。
如果上述器件都是理想的話，那當(dāng)所有陣列電容都接入主電路并且變?nèi)莨苷{(diào)諧到最大容值時，VCO的頻率最低；當(dāng)所有陣列電容都未接入并且變?nèi)莨苷{(diào)諧到最小值時，VCO頻率最高。
上述架構(gòu)中，有如下兩個問題需要注意：
(1) 開關(guān)的導(dǎo)通電阻會降低諧振器的Q值。增加開關(guān)MOS管的寬度，可以降低導(dǎo)通電阻，從而降低其對諧振器Q值的影響。但是，開關(guān)管尺寸增加，它的漏極結(jié)電容和柵漏電容CDB+CGD也會增加，開關(guān)斷開時，這個寄生電容與電容陣列電容串聯(lián)，從而使得開關(guān)電容支路在斷開時不是0，降低了數(shù)字調(diào)諧的效果。
因此，晶體管尺寸的選擇，必須在開關(guān)管導(dǎo)通電阻(影響諧振回路的Q值)和寄生電容(影響調(diào)諧能力)之間進(jìn)行折衷考慮。一個改善的辦法，就是把開關(guān)架在兩個陣列電容中間，如下圖所示。則由于差分的對稱性，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻Ron被分成兩個Ron/2，所以導(dǎo)通電阻下降一半。
(2) 數(shù)字調(diào)諧可能會有盲區(qū)，也就是說，當(dāng)數(shù)字調(diào)諧時，有一條曲線切換到相鄰的曲線時，上方曲線的最小頻率沒有和下方曲線的最大頻率接上，導(dǎo)致有一段頻率不會被覆蓋到，如下左圖所示。這個問題比較容易解決，就是讓兩個上下相鄰的調(diào)諧曲線有一定的重疊，如下右圖所示。
同時，這種交疊還有一種好處。觀測下右圖的調(diào)諧曲線，發(fā)現(xiàn)下面一條在w2處，曲線接近于平坦，Kvco接近于0，這個時候，為了保持kvco接近不變，則應(yīng)該用上面一條調(diào)諧曲線。
(B) 調(diào)諧電容對諧振器Q值的影響先看一下有耗電感和有耗電容組成的并聯(lián)諧振電路的Q值。在一個相對較窄的頻率范圍內(nèi)，有耗電感和有耗電容都可以用一個并聯(lián)電阻來模擬其寄生電阻。如下圖所示：
其中，電感和電容的Q值分別為：
當(dāng)諧振器處于諧振狀態(tài)時:
整個諧振器的Q值為：
那如果在上面的并聯(lián)諧振器上再加上一個有耗的變?nèi)莨苣兀?/p>
從上述推導(dǎo)可知，變?nèi)莨艿腝值被放大了1+C1/Cvar倍。
同樣，如果再加上陣列電容呢？ 假設(shè)有n列陣列電容，則其在開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)下，等效電路為：
那么加上變?nèi)莨?，陣列電容后的諧振電路的等效電路如下圖所示。
和上面只增加變?nèi)莨艿耐茖?dǎo)類似，可以得到整個諧振電路的Q值。
所以，在陣列電容加上開關(guān)管的Q值不變的情況下，陣列電容的陣列數(shù)增加，也會降低整個諧振電路的Q值。
也就是說，雖然變?nèi)莨芎完嚵须娙莸氖褂?，會使得VCO的頻率可調(diào)，但是這是以犧牲VCO的相噪為代價的。
