VCO 電路的頻率調變

VCO（Voltage Controlled Oscillator）電路顧名思義就是電壓控制振盪器，所以 要量測VCO電路輸出的頻率與調變電壓的關係。量測VCO電路的輸出頻率可用頻 譜分析儀（Spectrum Analyzer）來量測，也可以使用安捷倫（Agilent）的訊號來源 分析儀（Signal Source Analyzer, SSA, 型號為Agilent-E5052A）及頻譜分析儀

（Spectrum Analyzer, Agilent-E8591E）。因VCO電路輸出的頻率是藉由不同的調變 電壓所調控，而此量測環境如Fig. 3-9以及Fig. 3-10。從章節4.2 可看出 4 層板、回 授電容（C1，C2）均為 68pF時，其VCO電路之特性比其他的情況要來的優越，所 以在此論文實驗中所使用的VCO電路的條件為 4 層PCB、回授電容（C1，C2）均 為68pF以及 5V的電源，VCO電路中的可變電容是Al/HfO2/Si浮接（Floating）電容，

Al/HfO2/Si浮接電容的調變電壓從-10V到+10V，VCO電路的電源是 5V。但因為從 Fig. 4-7可知Al/HfO2/Si電容在Depletion區域是有調變電容值，所以含有Al/HfO2/Si 浮接電容之VCO電路的輸出頻率以取調變電壓為-4V、-2V以及 0V為輸出頻率為一 代表性，並使用訊號來源分析儀（Signal Source Analyzer，SSA ，Agilent-E5052A）

來測量，如Fig. 4-13，從Fig. 4-13可知量測的圖表，其橫軸是頻率以MHz表示、縱 軸是輸出功率以dBm表示。因為飛利浦（Philips）所提供型號為BB135 之P-N接面 的電容，只能使用其逆向偏壓區，也是使用訊號來源分析儀來測量。

(a)

(b)

(c)

Fig. 4-13 量測Al/HfO2/Si可變電容之VCO電路，以調變電壓在 (a) -4V (b)-2V (c)0V 為代表。

將不同的可變電容搭配上相同的VCO電路、板材以及回授電容（C1，C2）均 為68pF所量到的振盪頻率以及功率做一整理，如Fig. 4-14。Fig. 4-14是說明VCO 電路輸出的振盪頻率對應其調變電壓，其可變電容分別是Al/HfO2/Si浮接電容以及 型號為BB135 的P-N接面電容。由Fig. 4-14可看出當可變電容為Al/HfO2/Si浮接電 容時，其VCO電路之輸出振盪頻率並不隨調變電壓的增加而有所改變，大約在 243MHz，並失去隨調變電壓而改變振盪頻率的能力。然而可變電容是型號為BB135 之P-N接面電容時，其VCO電路輸出之振盪頻率會隨著調變電壓的增加而增加，但 調變電壓超過1.8V時，便不振盪了，那是因為VCO電路中的Colpitts電路輸入端之 S11 相位接近-180°之頻率約在 343 MHz。可變電容為型號為BB135 之P-N接面電容 的 調 變 電 壓 為 0V 與 1.8V 時 ， 其 VCO 電 路 所 振 盪 頻 率 分 別 為 289MHz 以 及 343MHZ。如果使型號為BB135 之P-N接面的電容之可變電容操作在逆偏-1.8V以 上，會使得VCO電路所振盪的頻率操作在不穩定區，可參考Fig. 4-6。其可歸咎於 此VCO電路的S11 以及S11 的相位為-180°所對應的頻率所限制。

-4 -2 0 2

240 245 280290 300 310320 330 340350

Fr equency ( M Hz )

Variable Bias-Voltage (V)

Al/HfO₂/Si

BB135(P-N junction) C1=C2=68pF

VCO circuit

VCC: 5V ; 4-layer PCB

Fig. 4-14 可變電容分別為Al/HfO2/Si 浮接電容以及型號為BB135 的P-N接面電容 之 VCO電路，分別量測可變電容在調變電壓範圍為 -4V ~ 0V以及 0V ~ +1.8V時，

VCO電路的輸出頻率對應調變電壓。