12.17 GHz - 13.33 GHz MMIC VCO：HMC1167的詳細(xì)解析

在微波電路設(shè)計(jì)中，電壓控制振蕩器（VCO）是非常關(guān)鍵的組件，它能為系統(tǒng)提供可調(diào)的頻率信號(hào)。今天我們要深入了解的是Analog Devices公司的HMC1167，一款12.17 GHz至13.33 GHz的MMIC VCO，它具備半頻輸出等特性，在眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

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一、HMC1167的特性

1. 頻率范圍

HMC1167具有雙輸出頻率范圍，主輸出頻率（fOUT）為12.17 GHz至13.33 GHz，半頻輸出（fOUT/2）為6.085 GHz至6.665 GHz。這種雙輸出設(shè)計(jì)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

2. 輸出功率

輸出功率（POUT）典型值為10.5 dBm，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場景對信號(hào)強(qiáng)度的要求。

3. 相位噪聲

單邊帶（SSB）相位噪聲在100 kHz偏移處為 -113 dBc/Hz，低相位噪聲特性有助于提高系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定性。

4. 無需外部諧振器

該VCO集成了諧振器、負(fù)阻器件和變?nèi)?a target="_blank">二極管，無需外部諧振器，簡化了電路設(shè)計(jì)。

5. 封裝

采用5 mm × 5 mm、32引腳的LFCSP封裝，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，封裝面積僅25 mm2，有利于實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 點(diǎn)對點(diǎn)和多點(diǎn)無線電

在無線通信領(lǐng)域，HMC1167可作為本地振蕩器（LO），為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定的頻率源，支持高速數(shù)據(jù)傳輸。

2. 測試設(shè)備和工業(yè)控制

在測試測量設(shè)備中，其高精度和穩(wěn)定性能夠滿足對信號(hào)頻率和相位的精確要求；在工業(yè)控制領(lǐng)域，可用于實(shí)現(xiàn)精確的頻率控制和信號(hào)調(diào)制。

3. 甚小口徑終端（VSATs）

VSAT系統(tǒng)需要高性能的VCO來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，HMC1167的低相位噪聲和寬頻率范圍使其成為理想選擇。

三、工作原理

1. 頻率控制

HMC1167是一個(gè)自由運(yùn)行的電壓控制頻率源，通過向VTUNE端口施加可變的調(diào)諧電壓來控制輸出頻率。當(dāng)VTUNE電壓從最低值變化到最高值時(shí)，VCO輸出頻率從最低工作頻率增加到最高工作頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻率的可調(diào)性。

2. 頻率靈敏度

VCO的頻率靈敏度（MHz/V）并非恒定值，在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生變化。為了實(shí)現(xiàn)低相位噪聲操作，VTUNE端口應(yīng)使用低噪聲電壓源驅(qū)動(dòng)，因?yàn)閂TUNE端口上的過多噪聲會(huì)導(dǎo)致相位噪聲性能變差。

3. 電源要求

為了獲得最佳的VCO相位噪聲性能，VCC偏置應(yīng)使用低噪聲電源。因?yàn)閂CO輸出頻率會(huì)隨著VCC偏置電壓的微小變化而改變（推頻效應(yīng)），VCC偏置引腳上的噪聲會(huì)導(dǎo)致相位噪聲增加。

4. 半頻輸出

內(nèi)部RF輸出頻率由倍頻電路產(chǎn)生，因此會(huì)在RFOUT頻率的一半處產(chǎn)生一個(gè)低電平的輸出信號(hào)（RFOUT/2）。如果需要，可以在客戶應(yīng)用板上使用濾波器進(jìn)一步過濾這個(gè)不需要的雜散信號(hào)。RFOUT/2端口通常用于驅(qū)動(dòng)鎖相環(huán)（PLL）/合成器，以對HMC1167的輸出進(jìn)行鎖相。

5. 輸出匹配

HMC1167的RFOUT端口集成了一個(gè)內(nèi)部緩沖放大器，用于提供良好的輸出匹配。該緩沖放大器還能將VCO核心與輸出負(fù)載隔離，最小化輸出負(fù)載阻抗變化對VCO頻率的影響（牽引效應(yīng)）。

四、規(guī)格參數(shù)

1. 頻率參數(shù)

2. 輸出功率

3. 電源電流

4. 諧波和次諧波

5. 調(diào)諧參數(shù)

6. 輸出回波損耗

輸出回波損耗為2 dB。

7. 單邊帶相位噪聲

五、絕對最大額定值

六、引腳配置和功能描述

1. 引腳配置

HMC1167采用32引腳的LFCSP封裝，部分引腳為NC（無連接），但這些引腳可以連接到RF/DC地而不影響器件性能。封裝底部有一個(gè)暴露的金屬焊盤，必須連接到RF/DC地。

2. 引腳功能

七、典型性能特性

1. 輸出頻率與調(diào)諧電壓關(guān)系

在不同溫度下（-40°C、+25°C、+85°C），輸出頻率隨調(diào)諧電壓的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律。隨著調(diào)諧電壓的增加，輸出頻率升高。

2. 電源電流與調(diào)諧電壓關(guān)系

電源電流也會(huì)隨著調(diào)諧電壓的變化而變化，不同溫度下的變化趨勢有所不同。

3. 輸出功率與調(diào)諧電壓關(guān)系

輸出功率在不同溫度和調(diào)諧電壓下也有相應(yīng)的變化，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的調(diào)諧電壓來獲得所需的輸出功率。

4. 靈敏度與調(diào)諧電壓關(guān)系

靈敏度（MHz/V）在調(diào)諧電壓變化時(shí)并非恒定，在不同溫度下也有所差異。

5. 單邊帶相位噪聲與調(diào)諧電壓和偏移頻率關(guān)系

單邊帶相位噪聲與調(diào)諧電壓和偏移頻率密切相關(guān)，在不同的調(diào)諧電壓和偏移頻率下，相位噪聲的表現(xiàn)不同。在設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體要求選擇合適的調(diào)諧電壓和偏移頻率，以滿足系統(tǒng)對相位噪聲的要求。

八、評(píng)估印刷電路板（PCB）

評(píng)估PCB采用RF電路設(shè)計(jì)技術(shù)，確保信號(hào)線具有50 Ω阻抗，并且封裝接地引腳和背面接地焊盤直接連接到接地平面。使用足夠數(shù)量的過孔連接頂層和底層接地平面。該評(píng)估電路板可向Analog Devices公司申請獲得。

九、物料清單

評(píng)估板EV1HMC1167LP5的物料清單包括PCB安裝的SMA RF連接器、直流接頭、不同容值的電容器以及HMC1167 VCO等。

十、封裝和訂購信息

1. 封裝尺寸

采用32引腳的LFCSP封裝，尺寸為5 mm × 5 mm，封裝高度為0.90 mm，符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)MO - 220 - VHHD - 4。

2. 訂購指南

HMC1167是一款性能優(yōu)異的MMIC VCO，具有寬頻率范圍、低相位噪聲、高輸出功率等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種微波應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇工作參數(shù)，注意電源和接地設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮HMC1167的性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些關(guān)于VCO的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。