新的集成電路系列可以簡化為IF應用開發緊湊型固定頻率壓控振蕩器（VCO）的任務。

設計用于固定中頻 （IF） 的 VCO 可能令人望而生畏。幸運的是，Maxim的VCO IC （MAX2605-MAX2609）可以簡化任務。與傳統的分立器件VCO相比，Maxim器件成本更低，需要的印刷電路板空間更小。

在傳統的 IF VCO 設計中，振蕩器內核和輸出緩沖級由分立晶體管、電阻、電容器和電感組成（圖 1）。該諧振箱由頻率設置電感器、變容二極管、耦合電容器和反饋電容器組成的網絡構成。輸出級使用電抗元件將輸出阻抗與特定負載阻抗相匹配。

圖1.該原理圖顯示了使用分立電路元件實現的IF VCO。

為了確保設計成功，元件值不僅必須建立所需的標稱振蕩頻率，而且還必須保證足夠的調諧范圍、適當的偏置、振蕩器在所有條件下的啟動以及適當的輸出級性能。即使采用良好的一階設計，也會出現問題，因為電流消耗、啟動裕量、頻率調諧范圍和相位噪聲之間存在權衡。

分立式中頻VCO設計的一個主要缺點是所需的PCB面積很大。必須花費大量精力將布局優化到6mm x 10mm以下。此外，印刷電路板布局對VCO的性能和設計精度也有著關鍵的影響。布局包含影響振蕩頻率的寄生電容和電感，因此必須考慮在內才能正確實現振蕩器。寄生元件通常會在標稱振蕩頻率中帶來不希望的偏移，從而導致更大的設計中心誤差，并最終迫使需要更大的調諧范圍來解釋這些誤差。

MAX2605-MAX2609 IF VCO系列提供了更好的選擇。這五款IC專為中頻頻率在45MHz至650MHz范圍內的低功耗、固定和單頻便攜式無線應用而設計。大部分所需電路都包含在片內;只有諧振電感器（建立振蕩頻率）是外部的。

一旦選擇了正確的外部電感值，IC就會保證調諧電壓范圍內（+0.4VDC至+2.4VDC）中的某個電平將調諧到相應的頻率。IC的調諧電壓輸入可直接從鎖相環（PLL）之后的環路濾波器輸出驅動。MAX2605-MAX2609 IC設計用于+2.7VDC至+5.5VDC范圍的電源電壓，電源電壓連接無需特殊調節即可正常工作。每個 IC 均采用纖巧的 6 引腳塑料 SOT23 封裝（圖 2）。

圖2.MAX2605-MAX2609 IF VCO IC采用6引腳表貼SOT23封裝，設計占用最小的印刷電路板空間。

MAX2605的調諧頻率范圍為45MHz至70MHz，載波在100kHz時相位噪聲為-117dBc/Hz。對于其他器件，這些參數包括：載波100kHz時調諧為70MHz至150MHz、相位噪聲為-112dBc/Hz（MAX2606）、150MHz至300MHz（-107dBc/Hz）（MAX2607）、300MHz至500MHz（-100dBc/Hz）（MAX2608）和500MHz至650MHz（-93dBc/Hz）（MAX2609）。

頻率調諧范圍、偏置、啟動和其他振蕩器特性都在IC內進行管理，消除了通常與VCO設計相關的設計難題。片內變容二極管和電容無需外部調諧元件，簡化了IF VCO設計。電感與振蕩頻率的關系圖（參見MAX2605-MAX2609數據資料）進一步簡化了選擇外部電感的任務。

MAX2605系列為RF設計人員提供了幾個重要的新優勢。IC設計用于創建無需微調且無需外部調整的VCO。為了適應雙變頻系統中的預期系統IF范圍，它們被設計為涵蓋廣泛的應用頻率。此外，它們還具有靈活的輸出接口，有助于降低中頻VCO的成本并縮小最終設計的尺寸。

由于MAX2605-MAX2609代表了VCO中的一個新概念，因此它們需要一種全新的電路方法來實現產品目標。Maxim設計了一種基于可靠靈活的Colpitts振蕩器結構的振蕩器方案。這種拓撲結構經過調整，使得所有振蕩器電路元件（電感器除外）都可以集成到IC中。在片上集成幾乎整個振蕩器可提供良好VCO所需的所有工作目標：適當的振蕩器啟動、寬頻率范圍、無微調操作所需的調諧特性、受控的電流消耗以及獨立于溫度和電源電壓的偏置。

片外電感器允許VCO在非常寬的工作頻率范圍內應用。片內電容保持不變，但改變外部電感值會改變振蕩器諧振電路的諧振頻率。如果電感具有最小品質因數（Q），則可以保證相位噪聲和啟動行為（圖3）。

圖3.MAX2605-MAX2609 VCO IC的簡化電路圖顯示，只需一個外部電感即可完成振蕩頻率的振蕩電路。

為了實現這種新方法，IC技術需要完整的有源和無源元件，以支持所示振蕩器電路的構建。具體而言，工藝技術必須提供高頻晶體管、高Q值電容器、具有高電容比的高Q值變容二極管以及PNP或PMOS器件。

MAX2605-MAX2609采用硅BiCMOS工藝制造，專為RF集成電路開發，包括單芯片振蕩器結構。該工藝的特點是PNP，NMOS和PMOS器件，具有轉換頻率（fT） 的 25GHz、電容比優于 2：1 的低串聯電阻變容二極管（適用于 0.4V 至 2.4V 的調諧電壓）、超高 Q 值金屬絕緣體金屬 （MIM） RF 電容器、精密薄膜電阻器和三層金屬。

這些完整的器件補充允許實現完整的IC。VCO設計需要仔細和廣泛的計算機仿真，包括性能各個方面之間的多次設計迭代，以確保在所有操作條件下都能保證所有規格和要求。

最后，為了保證振蕩器具有足夠的頻率調諧范圍，以應對元件容差引起的工作頻率偏移，Maxim選擇對器件進行生產測試，并保證一組頻率限值。這些限值為MAX2605-MAX2609用戶提供了一組有保證的高頻和低頻調諧限值（f.MAX和 f最低），其中通過的IC具有振蕩頻率（f理學學士。)

MAX2605-MAX2609應用高度簡化，易于理解。涉及兩個簡單的步驟：

選擇并實現外部電感以設置所需的振蕩 頻率。

將輸出級與負載進行電阻或電抗匹配（圖 4）。

圖4.這個簡單的原理圖代表了MAX2605-MAX2609 VCO IC的典型應用。

標稱工作頻率（f名詞）所需的VCO僅由IND（引腳1）處的有效外部電感值決定，該值由曲線確定（圖5）。

圖5.該圖包含所需的總調諧電感值（LF），作為MAX2607 VCO IC所需振蕩頻率（150MHz至300MHz）的函數。

電感值（LF），所需工作頻率所需的值不一定與表面貼裝技術（SMT）電感器的任何標準值一致，后者通常以相差約1.2倍的步長增加。在這種情況下，為了達到所需的值，電感必須由兩個電感構成：LF1和 LF2.LF1應選擇為低于所需值的最接近的標準值。然后，選擇 LF2作為最接近的標準值，剛好小于LF， mF1.LF1應遵守最低 Q 要求，但 LF2可以作為低成本的薄膜SMT類型實現。由于它的值小于總量的 20%，因此其較低的 Q 對整體 Q 的影響很小。

還允許通過實現帶有PC板走線的少量電感來調整總電感值。對于MAX2608/MAX2609電路，電感值為LF2有時作為接地短路的 PC 板走線比作為 SMT 電感器更精確地實現。一旦在引腳IND處建立了所需的電感值，VCO就可以保證在所有元件變化、工作溫度和電源電壓范圍內調諧到該振蕩頻率。

MAX2605-MAX2609VCO在振蕩器內核之后包括一個差分輸出放大器。放大器級提供有價值的隔離，并為混頻器和/或PLL預分頻器等IF功能提供靈活的接口。輸出可以是單端或差分，但在差分輸出模式下可實現最大輸出功率和最低諧波輸出。集電極開路輸出（OUT- 和 OUT+）都需要一個上拉元件至集電極電壓 （Vcc).輸出級可采用上拉電阻器或電感器。上拉電阻是形成輸出接口的最直接方法，適用于工作頻率較低或只需要適度電壓擺幅的應用。

當工作頻率高于負載電阻/電容網絡的3dB帶寬和/或需要更大的電壓擺幅或輸出功率時，需要無功功率匹配。匹配網絡是帶有并聯電感器和串聯電容器的簡單電路。為了給輸出級提供直流偏置，電感器從OUT和OUT+連接到V抄送，串聯電容器從 OUT- 和 OUT+ 連接到負載。電感和電容器的值根據工作頻率和負載阻抗進行選擇。輸出與任何常規差分輸出一樣應用。唯一的限制是需要上拉到 V抄送以及 OUT- 和 OUT+ 處的電壓擺幅限制。

比較應用每種方法所需的設計時間，可以發現存在巨大差異。所示的經典/分立式方法非常耗費設計資源，分立式中頻VCO的成功開發可能需要數周時間。在達到穩健、可制造的設計之前，可能需要多次迭代。另一方面，MAX2605-MAX2609可以在幾分鐘內設計出VCO，然后在一個下午進行驗證和測試！

由于MAX2605-MAX2609解決了頻率調諧范圍、偏置和啟動等問題，因此完全消除了VCO設計通常涉及的困難任務。您只需根據所需的振蕩頻率和輸出負載選擇外部電感值。通過從MAX2605-MAX2609數據資料中給出的圖表中讀取所需的電感值，可以輕松完成此任務。

在物料清單成本方面，MAX2605-MAX2609與傳統的分立式中頻VCO相當。在制造方面，Maxim的器件可以支持更便宜的IF VCO，因為需要放置的元件更少，每個元件節省0.03美元。

審核編輯：郭婷