模拟技术中的使用可编程逻辑器件的压控振荡器

VCO（压控振荡器）是一种模拟电路，所以在数字可编程芯片设计库中找不到VCO。当需要用这种电路来实现同步或时钟频率倍增时，必须找到一种可与标准数字功能元件（如"与"门和"与非"门）一起使用的电路。制作可变频率振荡器的方法有好几种。例如，你可以用变容二极管来改变振荡器频率。遗憾的是，这种变容二极管的每伏频率的变化量很小。所以，采用一个倒相器和几只电容器的标准皮尔斯振荡器不适用于这样的场合。另一种方法是使用一个施密特触发器倒相器和改变充的电阻器。这种方法可能适用，但该IC滞后性的容差通常很大，所以选用的倒相器芯片会对频率产生很大的影响。　　由于上述原因，本设计对一个双"或非"门RC振荡器（图1）进 压控振荡器（VCO）在模拟电路中扮演着重要的角色，特别是在频率合成、通信系统和时钟恢复等应用中。VCO能够通过改变外部电压来调整输出频率，这在许多数字系统中用于同步和频率倍增。然而，由于VCO是模拟组件，它并不包含在标准的数字可编程逻辑器件（如FPGA或CPLD）的设计库中。这意味着在这些数字平台上实现VCO需要创新的方法。 传统的VCO设计通常基于变容二极管，但这种技术的频率变化率较低，不适合需要精细频率控制的应用。另一种方法是使用施密特触发器倒相器和可变电阻，尽管这种方法可能可行，但IC的滞后性容差大，导致频率稳定性受到很大影响。 针对这些问题，一种改进的方案是利用双“或非”门RC振荡器构建VCO。这种设计如图1所示，通过调整电路中的电阻和电容，可以实现宽范围的频率调谐。在低电平时，电容器C1和C2未被充电，导致IC1A输出低电平，接着IC1B的输出变为高电平，C2开始充电。当C2上的电压达到电源电压Vcc的一半时，IC1B的输出切换至低电平，IC1A的输出变为高电平，C1开始充电。这一过程形成了一个稳定的振荡周期，通过改变控制电压VST，可以调整R3和R4的大小来改变VCO的增益，从而改变输出频率。 图2展示了一个优化的VCO设计，它使用了EPM3032这种可擦可编程逻辑器件（EPLD）。通过将三态缓冲器替换二极管并直接连接控制电压，这个设计实现了更高的增益，约为700kHz/V。此外，由于EPLD的输入电压限制在Vcc/2以下，这个VCO可以适应宽范围的控制电压，甚至高于逻辑器件的电源电压，使其适用于各种电压输入范围的电压-频率转换应用。 在实际应用中，选择适当的元件值和控制电压VST至关重要，以确保所需的工作频率范围和占空比。同时，为了提高频率稳定性和精度，需要考虑温度影响和电源电压波动，可能需要额外的补偿电路或温度补偿元件。 VCO在模拟技术中是一个关键的组件，而利用可编程逻辑器件实现VCO提供了一种灵活且可定制的解决方案。通过巧妙的电路设计和参数调整，可以克服数字平台缺乏内置模拟组件的局限，实现高效、宽频调谐的VCO，满足不同应用场景的需求。