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Voltage Controled Oscillator

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1. Departamento de Engenharia Elétrica Voltage Controlled Oscillator Acadêmicos: Gustavo Lambert Rubens Tadeu Hock Jr 1 2. Sumário Introdução Variações de…
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  • 1. Departamento de Engenharia Elétrica Voltage Controlled Oscillator Acadêmicos: Gustavo Lambert Rubens Tadeu Hock Jr 1
  • 2. Sumário Introdução Variações de VCO’s  Oscilador em Anel  Oscilador de Relaxação  Oscilador LC Topologias Equações e Análise Aplicações Conclusão 2
  • 3. INTRODUÇÃO Voltage Controlled Oscillator (VCO) é um osciladorcuja a freqüência de saída varia em proporção direta com atensão de entrada. Podem ser sintetizados desde poucosHertz até milhares de GHz. Como são osciladores, podem serdivididos em VCO harmônicos (forma de onda senoidal) e derelaxação (forma de onda quadrada). 3
  • 4. TIPOS DE VCOsPode-se citar alguns exemplos de VCOs como:Oscilador em Anel Oscilador de Relaxação Oscilador LCNúmero ímpar de inversões 4
  • 5. TIPOS DE VCOs – Oscilador em Anel Os osciladores em anel são constituídos por inversoressimples ou diferenciais em um elo fechado de realimentação. Suaimplementação integrada é simples e bastante compacta. O controleda frequência é realizado através do controle das correntes sobre osinversores ou então eventualmente pela variação da capacitância decarga dos mesmos. Seu principal problema é o ruído de fase extremamente altoem função do chaveamento contínuo dos inversores. Entretanto,indicado para aplicações diversas como, por exemplo, para geraçãode clock de um determinado circuito. Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 5
  • 6. TIPOS DE VCOs – Oscilador Relaxação Esse oscilador trabalha carregando e descarregando umcapacitor com corrente constante. Da mesma forma que o osciladorem anel sua sintonia é realizada variando o valor da corrente. Sua fácil integração e tamanho compacto, tornam essemodelo atrativo para integração, porém o alto consumo de correntenecessário para se diminuir o ruído de fase limita sua gama deaplicações em RF. Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 6
  • 7. TIPOS DE VCOs – Oscilador LC Os osciladores LC, são osciladores sintonizáveis que contémum ressonador podendo ser um tanque LC ou um cristal. Oressonador gera a oscilação e um circuito ativo fornece a energianecessária para compensar as perdas resistivas do ressonador. Uma dificuldade que existe para integrar esse tipo deoscilador é devido à baixa qualidade que ainda existe nosdispositivos passivos integrados. Todavia, possui freqüência deoscilação altamente estável, grande pureza espectral e baixadissipação de potência. Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 7
  • 8. TIPOS DE VCOs Oscilador em Anel e Osciladores de RelaxaçãoVantagens Desvantagens Facilidade de integração  Muito sensível ao ruído Larga faixa de sintonia  Grande ruído de fase Sintonia linear (tensão ou  Dificuldade de obter altas corrente) freqüências  Q de malha aberta próximo de 1. 8
  • 9. TIPOS DE VCOs Oscilador LCVantagens Desvantagens Pouco ruído de fase  Dificuldade de integrar Uso de apenas um único indutores. transistor Altas freqüências Banda Larga 9
  • 10. TOPOLOGIAS – Oscilador LC Oscilador Colpitss Alterando-se o valor da tensão imposta na porta do MOSFET, cria-se uma resistência diferente que muda a condição do circuito RLC Fonte: ECSE 10
  • 11. TOPOLOGIA – Oscilador LC Oscilador Colpitss Serão definidos:  Co = Capacitor de acoplamento  QEQ = Resistência equivalente  CT = Capacitância do circuito tanque paralela ao “tanque”  fm = Frequência de offset PN em Hz  RS = Resistência em série com o varactor  fo = Frequência de oscilação  IQ = Corrente de polarização  QL = Indutor Q  QT = Q tanque  QV = Q efetivo do varactor  VO = Tensão de saída RMS Fonte: http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/2032 11
  • 12. TOPOLOGIA – Oscilador LC Oscilador Colpitss  Equações: Condição de partida: 12
  • 13. TOPOLOGIAS – Oscilador Relaxação Com o CI 555, pode-se variar, através do pino 5, o limiar de comparação do flip-flop, alterando assim a freqüência do sinal de saída (pino 3). Nessa configuração, quanto maior a tensão, menor será a freqüência de oscilação. Fonte: ECElab 13
  • 14. Aplicações Em telecomunicações:  Modulação FM;  PLL (Phase-Locked-Loop);  Sintetizadores de Freqüência;  Comunicações Wireless/RF. Eletrotécnica  Pode servir como sensor indireto, sendo alimentado por um outro sinal. 14
  • 15. Conclusão Percebe-se, através desse trabalho, que o VCO é um circuito muito importante, principalmente em Telecomunicações, e com inúmeras possibilidades de aplicações. Todavia, exige muitos cuidados para o seu projeto, visto que não é tão simples de se analisar. 15
  • 16. Referências CAPOVILLA, C.E. ,2008. Dissertação-UNICAMP. Circuitos Integrados de Rádio – Recepção para a Operação de Multiplexação Espacial de Antenas em Tempo Real. Voltage Controlled Oscillators, High Performance Integrated Circuits Design Group – RF Communications Systems-on-Chip. Universidade Politécnica da Catalunya VCO Controlled by One Variable Resistor - MARIJA HRIBSEK AND ROBERT W. NEWCOMB, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, MARCH 1916 http://ecelab.com/circuit-vco-555.htm http://www.ecse.rpi.edu/courses/F05/ECSE6967/Lectures/lecture11_2_VCO_I.pdf http://www.ecse.rpi.edu/courses/F05/ECSE6967/Lectures/lecture12_VCO_II.pdf http://www.ecse.rpi.edu/courses/F05/ECSE6967/Lectures/lecture13_VCO_III.pdf http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/2032 , acessado dia 24/06/2011. 16
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