VCO 설계 및 제작

소개글

VCO 설계 및 제작에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 요약
2. 서론
1) 이동통신용 VCO(전압제어 발진기)의 구성 및 발전 동향
2) Specification
3. 기본이론
1) Oscillator의 기본이론
2) 안정화 판별법
3) Microstrip Line 기본이론
4) VCO 설계과정
4. 실제 설계 과정 (회로도 포함)
1) ADS를 통한 시뮬레이션
2) 제작 결과 및 측정
5. 결론
6. 참고문헌
첨부 #1. 상용화된 IMT-200 Specification

본문내용

된 VCO의 Phase noise를 구하면 약 -98.27dBc/Hz (@100kHz offset) 정도가 된다.
첫 번째 회로를 제작하여 출력을 확인해 본 결과, 원하는 Spec.을 만족하지 못했기 때문에 L1, L2, L3,C1,C2,C3의 값을 변화하여 낮아진 주파수 차이만큼을 높게 설계, 시뮬레이션 후에 두 번째 회로를 제작하였다. (1) 두 번째 제작
1) 제작된 회로
2) 출력된 결과
제어전압에 높임에 따라 출력이 1.42GHz ～ 1.63GHz로 높아졌다. 이는 첫 번째 회로에 비해서 주파수를 높였으나, 원하는 Spec.에 비해서는 아직도 100MHz정도 낮았다.
제어 전압이 높아짐에 따라 출력은 -9.5dBm ～ -1.8dBm 사이에서 변화한다. 출력이 원하던 Spec.을 만족하지만 상용화된 VCO의 Spec.의 출력이 평균 0 dBm인 것에 비하여 다소 낮다.
3) Phase Noise
식 (4.2), (4.3) 에 따라 설계된 VCO의 Phase noise를 구하면 약 -100.80dBc/Hz (@100kHz offset)정도가 된다. 이는 첫 번째 회로에 비해서 향상되었으나, 상용화된 VCO의 Spec.에 비해서는 성능이 약 10dBc 정도 나쁘다.
4) 제작된 VCO의 출력
측정결과 -50dBc 정도의 Spurious 값을 얻었다. 그러나 상용화 되고 있는 VCO의 Spurious의 값이 -70dBc인 것에 비하여 약 20dBc 정도 특성이 나쁘다.
4) harmonic
- 상용화된 VCO의 harmonic값은 -10 dBc이하이다. 각각의 회로에 대하여 harmonic 값을 측정해야 하나 장비를 섭외하지 못하여 측정을 포기하였다. 하지만 시뮬레이션 결과 -40 dBc 정도의 차이가 발생했기 때문에 충분히 목표치 값인 -10dBc 값을 얻을 수 있다고 생각한다.
5. 결 론
VCO는 이름에서 의미하는 듯이 발진기에 전기적 신호를 가하여 발진 주파수를 조정하는 것을 그 목적으로 하고 있다. 그러기에 스위치로 필요한 것이 Varactor 이다. Varactor는 Voltage를 변화시키면 그에 따라 capacitor의 값이 변하는 소자이다. 이러한 소자를 이용하여 VCO를 설계, 제작하였다.
우리가 원하는 주파수 대역은 1.73GHz ～ 1.79GHz에 해당하는 대역의 주파수이다. 회로를 제작하여 제어전압을 가변하면서 출력을 측정한 결과 1.42GHz ～ 1.63GHz정도의 값을 얻었다. 이는 첫 번째 회로에 비해서 출력이 많이 향상되었으나, 의도하던 주파수 대역에 비해서는 아직도 약 100MHz 정도 낮았다.
둘째, 제어 전압이 높아짐에 따라 Power는 -9.5dBm ～ -1.8dBm 사이에서 변화했다. 이는 원하는 값과는 거의 일치하지만 상용화된 VCO의 Spec.이 0 dBm인 것에 비하여 아직도 낮음을 알 수 있다.
셋째, 설계된 VCO의 Phase noise를 구하면 약 -100.80dBc/Hz (@100kHz offset)정도가 된다. 이는 상용화된 VCO의 Phase noise값 -100 dBc/Hz (@100kHz offset)인 것에 비해서는 높음을 알 수 있다.
넷째, Spurious 성분들은 기본 출력에 비교하여 -50dBc 정도의 값을 얻었다. 이 또한 상용화 되고 있는 VCO의 Spurious의 값이 -70dBc인 것에 비하여 특성이 조금 나쁨을 알 수 있다.
마지막으로 상용화된 VCO의 harmonic값은 -10 dBc이하이다. 제작된 회로에 대하여 harmonic 값을 측정하려고 하였으나 장비를 섭외하지 못하여 측정을 포기하였다. 하지만 시뮬레이션 결과 -40 dBc 정도의 차이가 발생했기 때문에 충분히 목표치 값인 -10dBc 값을 얻을 수 있다고 생각한다.
이상에서 측정결과에 알 수 있듯이 회로를 제작한 결과 우리가 원하던 Spec.과 동일한 결과를 얻지는 못하였다. 그 이유를 분석해보면 다음과 같다.
첫 째, 사용된 lump 소자의 Q값 문제
둘 째, 기판과 소자의 내부손실(내부 resistance, 내부 inductance등)
결론적으로 우리는 원하던 결과를 얻지 못했다. 하지만 목표한 Spec.은 이미 상용화 된 Spec.을 모델로 했기 때문에 학부 수준에서 어느 정도 근접한 결과를 얻었다는 것과 이론으로만 알고 있던 사실들을 실제 설계/제작 과정에 활용해 보았다는 데 의의가 있을 것이다.
이번 결과를 바탕으로 차후에 몇 번의 시행착오 과정을 되풀이하면 목표한 Spec.에 부합하는 회로를 제작할 수 있을 것이라 믿는다.
6. 참고문헌
Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 1998
Gonzalez, Micorwave Transistor Amplifiers ,Prentice Hall, 1997
Ali Hajimiri , Thomas H. Lee, The Design of Low Noise Oscillators, KAP, 1999
항 목
Unit
Specification
비 고
Min
Type
Max
Supply voltage(Vcc)
Volt
2.65
2.75
2.85
DC VOLTAGE
Control voltage Range(VT)
Volt
0.5
2.2
DC VOLTAGE
Operating Temperature(TE)
℃
-20
85
Load Impedance(ZL)
Ω
50
Operating Frequency(IC)
MHz
2173.60
2113.60
Current Consumption(IC)
mA
16.5
Output Level(Po)
dBm
-4.0
2.0
Harmonics(HS)
dBc
-10
For All Harmonics
Tuning Sensitivity(ST)
MHz/V
45
75
Pushing Figure(PUSH)
KHz
-650
650
Pulling Figure(PULL)
KHz
-650
650
Vswr = 2 : 1
For All Phase
Phase noise
dBe/Hz
-111
100KHz Offset
-136
1250KHz Offset
Spurious
dBc
-70
첨부 #1. 상용화된 PCS의 Specification

키워드

VCO 설계,   VCO 설계 및 제작,   VCO,   팀프로젝트,   IMT2000,   전압제어 발진기,   프로젝트,   졸업작품