9.65 GHz - 10.41 GHz MMIC VCO：HMC1163的技术剖析与应用

引言

在现代电子系统中，压控振荡器（VCO）是至关重要的组件，特别是在微波频段的应用中。今天我们要深入探讨的是Analog Devices的HMC1163，一款工作在9.65 GHz至10.41 GHz频段的单片微波集成电路（MMIC）VCO，它具有半频输出的独特特性，为众多应用场景提供了强大的支持。

文件下载：HMC1163LP5E.pdf

产品特性

频率范围

HMC1163具有双输出频率范围，主输出频率（fOUT）在9.65 GHz至10.41 GHz之间，半频输出（fOUT/2）则在4.825 GHz至5.205 GHz之间。这种双频输出的设计为系统设计提供了更多的灵活性，你是否在想这种双频输出能在哪些具体的电路中发挥独特优势呢？

输出功率与相位噪声

输出功率（POUT）典型值为11 dBm，单侧边带（SSB）相位噪声在100 kHz偏移时为 -114 dBc/Hz。低相位噪声对于提高通信系统的性能至关重要，你能想到低相位噪声在实际通信中的具体作用吗？

其他特性

该VCO无需外部谐振器，并且符合RoHS标准，采用5 mm × 5 mm、32引脚的LFCSP封装，尺寸仅为25 mm²，非常适合对空间要求较高的应用。

应用领域

通信领域

适用于点对点和多点无线电通信，能够提供稳定的本地振荡信号，满足高速数据传输的需求。在日益增长的5G通信中，这样的VCO能为信号的调制和解调提供可靠的支持，你认为它在未来6G通信中是否也能发挥重要作用呢？

测试与工业控制

可用于测试设备和工业控制系统，为这些系统提供精确的频率信号，确保测试和控制的准确性。

卫星通信

在甚小孔径终端（VSATs）中，HMC1163能够满足其对高频、低噪声的要求，保障卫星通信的稳定运行。

技术规格

频率参数

输出频率范围、漂移率、牵引和推动等参数都有明确的规定。例如，漂移率典型值为1.0 MHz/°C，牵引在2.0:1电压驻波比（VSWR）下为2 MHz p-p，推动在VTUNE = 5 V时为7 MHz/V。这些参数对于评估VCO在不同环境下的性能至关重要，你在实际设计中会如何考虑这些参数的影响呢？

输出功率与谐波

输出功率（POUT）在RFOUT端口的范围为7 dBm至15 dBm，同时对各次谐波和分谐波也有相应的规定，如1/2次谐波为 -40 dBc等。

调谐参数

调谐电压（VTUNE）范围为2 V至13 V，灵敏度在75 MHz/V至300 MHz/V之间，调谐端口泄漏电流最大为10 μA。

输出回波损耗与相位噪声

输出回波损耗典型值为6 dB，SSB相位噪声在10 kHz偏移时为 -87 dBc/Hz至 -85 dBc/Hz，100 kHz偏移时为 -114 dBc/Hz至 -112 dBc/Hz。

工作原理

频率控制

HMC1163是一个自由运行的压控频率源，通过向VTUNE端口施加可变调谐电压来控制输出频率。随着VTUNE电压从最低值变化到最高值，VCO输出频率从最低工作频率增加到最高工作频率，从而产生VCO频率灵敏度特性。

相位噪声优化

为了实现最佳的VCO相位噪声性能，需要使用低噪声电源为VCC偏置。因为VCO输出频率会随着VCC偏置电压的微小变化而改变（推动），所以VCC偏置引脚的噪声会导致相位噪声增加。同时，VTUNE端口也需要使用低噪声电压源驱动，以避免因噪声过大而导致相位噪声性能变差。

半频输出

内部射频（RF）输出频率由倍频电路产生，因此会在RFOUT频率的一半处出现一个低电平的输出信号（RFOUT/2）。如果需要，可以在客户应用板上使用滤波器进一步过滤这个不需要的杂散信号。RFOUT/2端口通常用于驱动锁相环（PLL）/合成器，以实现HMC1163输出的相位锁定。

输出匹配

RFOUT端口内置了一个缓冲放大器，用于提供良好的输出匹配，同时将VCO核心与输出负载隔离，最小化输出负载阻抗变化对VCO频率的影响（牵引）。

引脚配置与接口

引脚配置

详细介绍了各个引脚的功能，如GND引脚必须连接到RF/dc地，RFOUT和RFOUT/2引脚为射频输出，VCC为电源电压（5 V），VTUNE EP为控制电压和调制输入等。

接口原理图

提供了RFOUT、RFOUT/2、VCC、VTUNE和GND等接口的原理图，为工程师进行电路设计提供了参考。

典型性能特性

通过一系列图表展示了输出频率、输出功率、灵敏度、SSB相位噪声等参数随调谐电压的变化情况，以及SSB相位噪声随偏移频率的变化情况。这些图表有助于工程师在实际应用中更好地了解VCO的性能表现。

应用信息

微波合成器应用

HMC1163可作为微波合成器中的本地振荡器（LO），在点对点微波无线电、军事雷达、测试与测量以及工业和医疗设备等领域有广泛应用。

性能优势

低相位噪声允许更高阶的调制，提高通信系统的误码率；线性、单调的调谐灵敏度有助于设计稳定的环路滤波器；较高的输出功率可减少后续级的增益需求；半频输出可降低预分频器的输入频率，且不会在锁相环合成器的输入处增加残余相位噪声。

评估PCB与物料清单

评估PCB

提供了评估印刷电路板（PCB）的设计，采用RF电路设计技术，确保信号线路具有50 Ω阻抗，并且封装接地引脚和背面接地焊盘直接连接到接地平面。

物料清单

列出了评估板所需的物料清单，包括SMA RF连接器、dc接头、电容器和HMC1163 VCO等。

封装与订购信息

封装尺寸

采用32引脚的LFCSP封装，尺寸为5 mm × 5 mm，高度为0.90 mm。

订购指南

提供了不同型号的订购信息，包括温度范围、MSL评级、封装描述、封装选项、数量和品牌等。

总结

HMC1163作为一款高性能的MMIC VCO，在频率范围、输出功率、相位噪声等方面都具有出色的表现。其双频输出、无需外部谐振器、低相位噪声等特性使其在多个领域都有广泛的应用前景。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理考虑其各项参数和性能，以充分发挥HMC1163的优势。你在使用类似的VCO时，是否遇到过一些挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。