12.17 GHz - 13.33 GHz MMIC VCO（HMC1167）：高性能微波振荡器的全面解析

在微波通信和测试测量等领域，高性能的电压控制振荡器（VCO）是不可或缺的关键组件。今天，我们就来深入探讨一款来自Analog Devices的优秀VCO产品——HMC1167。

文件下载：HMC1167LP5ETR.pdf

产品概述

HMC1167是一款单片微波集成电路（MMIC）电压控制振荡器，它集成了谐振器、负阻器件和变容二极管，并具备半频输出功能。这种单片结构使得振荡器在不同温度下都能保持出色的输出功率和相位噪声性能。

关键特性

频率范围

HMC1167具有双输出频率范围，主输出频率（(f{OUT})）为12.17 GHz至13.33 GHz，半频输出频率（(f{OUT}/2)）为6.085 GHz至6.665 GHz。这样的频率范围能够满足多种应用场景的需求。

输出功率

输出功率（(P_{OUT})）典型值为10.5 dBm，其中RFOUT输出功率范围为7 dBm至15 dBm，RFOUT/2输出功率范围为 -1 dBm至 +8 dBm。较高的输出功率可以减少后续级所需的增益。

相位噪声

单边带（SSB）相位噪声在100 kHz偏移时为 -113 dBc/Hz，低相位噪声特性有助于提高通信系统的调制阶数和降低误码率。

其他特性

无需外部谐振器，采用符合RoHS标准的5 mm × 5 mm、32引脚LFCSP封装，封装面积仅25 (mm^{2})，节省了电路板空间。

规格参数

频率相关参数

• 频率范围：(f{OUT})为12.17 GHz至13.33 GHz，(f{OUT}/2)为6.085 GHz至6.665 GHz。
• 漂移率：典型值为1.2 MHz/°C。
• 牵引：在2.0:1电压驻波比（VSWR）下，牵引为2 MHz p-p。
• 推动：在(V_{TUNE}=5 V)时，推动为2 MHz/V。

输出功率相关参数

• RFOUT输出功率：7 dBm至15 dBm。
• RFOUT/2输出功率： -1 dBm至 +8 dBm。

电源电流

在不同电源电压下，电源电流有所不同。(V{CC}=4.75 V)时，典型值为175 mA；(V{CC}=5.00 V)时，典型值为200 mA，最大值为250 mA；(V_{CC}=5.25 V)时，为220 mA。

谐波和次谐波

• 1/2次谐波：典型值为39 dBc。
• 3/2次谐波：典型值为31 dBc。
• 二次谐波：典型值为20 dBc。
• 三次谐波：典型值为26 dBc。

调谐参数

• 调谐电压（(V_{TUNE})）：范围为2 V至13 V。
• 灵敏度：75 MHz/V至350 MHz/V。
• 调谐端口泄漏电流：在(V_{TUNE}=13 V)时，最大为10 μA。

输出回波损耗

典型值为2 dB。

单边带相位噪声

• 10 kHz偏移时，为 -86 dBc/Hz至 -82 dBc/Hz。
• 100 kHz偏移时，为 -113 dBc/Hz至 -110 dBc/Hz。

绝对最大额定值

为了确保产品的安全和可靠性，需要注意以下绝对最大额定值：

• (V_{CC})：5.5 V dc。
• (V_{TUNE})：0 V至15 V。
• 工作温度范围： -40°C至 +85°C。
• 存储温度范围： -65°C至 +150°C。
• 标称结温（保持100万小时平均无故障时间（MTTF））：135°C。
• 标称结温（(T_{A}=85°C)）：116°C。
• 最大回流温度（MSL3等级）：260°C。
• 热阻（结到接地焊盘）：29°C/W。
• ESD灵敏度：人体模型（HBM）为300 V（1A类），场感应充电设备模型（FICDM）为300 V（II类）。

引脚配置和功能描述

引脚编号	助记符	描述
1 - 4, 6 - 10, 13 - 18, 20, 22 - 28, 30 - 32	NC	无连接，但可连接到RF/dc接地，不影响器件性能。
5, 11	GND	接地，必须连接到RF/dc接地。
12	RFOUT/2	半频输出，交流耦合。
19	RFOUT	RF输出，交流耦合。
21	(V_{CC})	电源电压（5 V）。
29	(V_{TUNE}) EP	控制电压和调制输入，调制带宽取决于驱动源阻抗。暴露焊盘，封装底部有暴露的金属焊盘，必须连接到RF/dc接地。

工作原理

HMC1167是一个自由运行的电压控制频率源，通过向(V{TUNE})端口施加可变调谐电压来控制输出频率。随着(V{TUNE})从最低允许电压变化到最高允许电压，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（MHz/V），且该灵敏度在可调范围内并非恒定。

为了实现低相位噪声运行，应使用低噪声电压源驱动(V{TUNE})端口，因为(V{TUNE})端口上的过多噪声会导致相位噪声性能变差。(V_{TUNE})端口的调制带宽通常大于10 MHz。

在使用HMC1167时，为(V{CC})偏置使用低噪声电源对于实现最佳VCO相位噪声性能至关重要。由于VCO输出频率会随(V{CC})偏置电压的微小变化而改变（推动），(V_{CC})偏置引脚的噪声会导致相位噪声增加，因此要注意使用低噪声稳压器。

内部RF输出频率由倍频电路产生，这会在RFOUT频率的一半（RFOUT/2）处产生一个不需要的低电平输出信号。如有必要，可以在客户应用板上使用滤波器进一步过滤此不需要的杂散信号。RFOUT/2输出信号可直接在RFOUT/2端口获得，该端口通常用于驱动锁相环（PLL）/合成器以对HMC1167输出进行锁相。

此外，HMC1167的RFOUT端口集成了一个内部缓冲放大器，以提供良好的输出匹配。该内部缓冲放大器还能将VCO核心与输出负载隔离，并最小化VCO频率随输出负载阻抗变化的影响（牵引）。

应用信息

HMC1167可作为微波合成器应用中的本地振荡器（LO），主要应用于点对点微波无线电、军事、雷达、测试测量以及工业和医疗设备等领域。其低相位噪声特性允许更高阶的调制，并在通信系统中提供更好的误码率；线性、单调的调谐灵敏度有助于稳定的环路滤波器设计；较高的输出功率可减少后续级所需的增益；半频输出可降低预分频器的输入频率，且不会给锁相环合成器的输入增加残余相位噪声。

评估PCB和物料清单

评估PCB采用RF电路设计技术，确保信号线具有50 Ω阻抗，并将封装接地引脚和背面接地焊盘直接连接到接地平面。使用足够数量的过孔连接顶部和底部接地平面。评估电路板可向Analog Devices, Inc.申请获取。

物料清单如下：	项目	描述
J1 - J4	PCB安装SMA RF连接器
J5, J6	2 mm直流接头
C1 - C3	100 pF电容器，0402封装
C4	1000 pF电容器，0402封装
C5 - C7	2.2 μF钽电容器
C8	0.01 μF电容器，0603封装
U1	HMC1167 VCO
PCB 1	110225评估板

封装和订购信息

HMC1167采用32引脚LFCSP封装，尺寸为5 mm × 5 mm，封装高度为0.90 mm。订购选项包括：	型号	温度范围	MSL等级	封装描述	封装选项	数量	品牌标识
HMC1167LP5E	-40°C至 +85°C	MSL3	32引脚LFCSP	HCP-32-3	500	H1167
HMC1167LP5ETR	-40°C至 +85°C	MSL3	32引脚LFCSP，7”卷带包装	HCP-32-3	XXXX	H1167
EV1HMC1167LP5			评估板

总之，HMC1167凭借其出色的性能和丰富的特性，为微波通信和测试测量等领域的设计提供了一个优秀的解决方案。你在实际应用中是否遇到过类似VCO的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。