管子的选取
设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅双 极管[12]，变容二极管选MV1404。 极管[12]，变容二极管选MV1404。 AT41411的主要指标有： AT41411的主要指标有： 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪 低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪 音系数是1.8dB； 音系数是1.8dB； 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为 高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为 13dB； 13dB； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 截止频率：7GHz，有足够宽的频带； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA； 1.8GHz时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；
按Eqn编辑公式： Eqn编辑公式： 这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进 这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进 行一个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是 行一个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是 m3和m4之间的频谱。 m3和m4之间的频谱。
同时原理图设计窗口打开
VCO的设计 VCO的设计
设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是管 子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子 的参数 ，选好三极管和变容二极管；第二步是根 据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏 置电阻；第三步是确定变容二极管的VC特性，先 置电阻；第三步是确定变容二极管的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；第四 然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；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。
输出Spectrum的图形，可以看到m3和m4之间的 输出Spectrum的图形，可以看到m3和m4之间的 频谱分量，加入“marker”m5就可以知道振荡器 频谱分量，加入“marker”m5就可以知道振荡器 大概振荡的频率，如下图：
结果分析
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 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 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， 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 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 荡频率为1.850GHz，与设计的指标1.8GHz 有差距，需要进行调整。
VCO的设计 VCO的设计
（一）实验目的
了解压控振荡器的原理和设计方法 学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化 学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化 和仿真。
（二）实验内容
了解振荡器的主要技术指标 使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数 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 观察不同的参数对VCO工作的影响
按“F7”进行电路仿真。 按“F7”进行电路仿真。 在“Date Display”按 在“Date Display”按 Eqn，并在对话框里 Eqn，并在对话框里 编辑公式为： 在Eqn中选择 Eqn中选择 C_Varactor ，得到VC ，得到VC 曲线和表格如下：
VC特性曲线 VC特性曲线
振荡器三个基本模块
1.晶体管或电真空器件 主要用于高频大功率）（负阻部件） 1.晶体管或电真空器件（主要用于高频大功率）（负阻部件） 2. 谐振回路：决定振荡器的工作频率 因为只有与回路谐振频率一致的交变电磁场才能与电子进 行有效的相互作用。 3. 能量反馈模块（从放大器角度看）
振荡器的物理模型计指标：设计一个压控振荡器，振荡频 率在1.8GHz左右。 率在1.8GHz左右。 第一步根据振荡频率确定选用的三极管， 因为是压控振荡器，所以还需要一个变容 二极管；第二步需要用到ADS的直流仿真； 二极管；第二步需要用到ADS的直流仿真； 第三步通过S 第三步通过S参数仿真确定变容二极管的 VC曲线；第四步用HB模块来进行谐波仿真， VC曲线；第四步用HB模块来进行谐波仿真， 计算相位噪音。
按VAR键并双击它，修改里面的项目，定义一个 VAR键并双击它，修改里面的项目，定义一个 名为：“Vbias”的变量，设置Vbias＝5V作为 名为：“Vbias”的变量，设置Vbias＝5V作为 Vbias的初始值。 Vbias的初始值。 修改电源的属性，使Vdc＝Vbias。 修改电源的属性，使Vdc＝Vbias。 Vdc 修改S参数的属性，设置单点扫描频率点1.8GHz， 修改S参数的属性，设置单点扫描频率点1.8GHz， 并计算“Z 并计算“Z参数”。 修改PARAMETER SWEEP的属性，要求扫描变 修改PARAMETER SWEEP的属性，要求扫描变 量“Vbias” ，选择Simulatuion1“SP1”，扫描范 量“Vbias” ，选择Simulatuion1“SP1”，扫描范 围为1 10，间隔为0.5。 围为1－10，间隔为0.5。
按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的名 NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的名 字并在你需要的电路图上面点一下，就会自动给 电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”，“Veb” 电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”，“Veb” 节点。
采用双电源供电的方法， 设置两个GOAL 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 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 Ic=10mA，Vcb＝5.3V， Ic=10mA，Vcb＝5.3V， 如右图所示。
选择probe 选择probe components 类，然后在这个类里面选 择L_Probe并放在适当的位置，同理可以在 L_Probe并放在适当的位置，同理可以在 “Sources－Time Domain”里面选择V_DC，在 Sources－ Domain”里面选择V_DC，在 lumped components里面选择R。 components里面选择R 在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里 optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里 需要两个，还有一个OPTIM。 需要两个，还有一个OPTIM。 在Simulation－DC里面选择一个DC。 Simulation－DC里面选择一个DC。 上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。
振荡器采用的初始电路
振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极 管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库 管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库 中均可以找到。
偏置电路的设计
在电路原理图窗口中点击，打开 Component library 按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口 按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口 搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在 搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在 该项目中用到的Agilent公司的晶体管 该项目中用到的Agilent公司的晶体管 把搜索出来的器件拉到电路原理图中，按 “Esc”键可以取消当前的动作。 Esc”键可以取消当前的动作。 选中晶体管，按可以旋转晶体管，把晶体 管安放到一个合适的位置。
可变电容VC特性曲线测试 可变电容VC特性曲线测试
新建一个电路原理图窗口 如上面的做法一个，建立 如右图所示的电路图，其 中“Term”、“S 中“Term”、“SPARAMETE”、 PARAMETE”、 “PARAMETER SWEEP” 都可以在“Simulation－ 都可以在“Simulation－ S_Param”里面找到。变容 S_Param”里面找到。变容 管的型号是“MV1404”可 管的型号是“MV1404”可 以在器件库里面找到，方 法可以参考上面查找晶体 管的方法。
振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和 输入网络这三部分组成。如下图所示：
（三）振荡器的技术指标
p 输出功率与效率 输出谱线纯，纯到只有一根谱线 f f0 实际输出谱：
描述这个谱的参数有：
频率稳定度 调频噪声和相位噪声
振荡器输出的频谱
（三）振荡器的技术指标（续）
频率稳定度是在规定的时间间隔内，频率 准确度变化的最大值。它有两种表示方法， 即绝对频率稳定度和相对频率稳定度，通 常用相对频率稳定度来表示。 振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定度， 频率的瞬变将产生调频噪声、相位噪声和 相位抖动。振荡幅度的随机起伏将引起调 幅噪声。
（四）ADS软件的使用 （四）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的 本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的 方法：包括原理图绘制，电路参数的调整 优化、仿真等。 下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用 下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用 方法。
ADS软件的启动 ADS软件的启动
调整优化的结果
由于VCO的振荡频率由变容二 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 极管的电容为8.25pF时，谐振 频率为1.8GHz，此时由前面得 频率为1.8GHz，此时由前面得 到的VC曲线可以看到对应的二 到的VC曲线可以看到对应的二 极管直流偏置电压为3.8V。 极管直流偏置电压为3.8V。 设置Vdc＝3.8V后仿真得到的图 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， 振荡器的振荡频率为1.799GHz， 符合设计要求。
启动ADS进入如下界面 启动ADS进入如下界面