Los VCO SMT MMIC de banda ancha son sintonizables de 4 a 12,5 GHz

Tanto si se basan en la modulación analógica como en la digital, todos los sistemas de comunicación por microondas necesitan una fuente de señal de oscilación local para imprimir información en una portadora de RF. La cantidad de datos que puede transportar una señal de RF modulada de ancho de banda fijo está directamente relacionada con la calidad de la fuente de señal del oscilador local. Hay muchas arquitecturas diferentes, pero uno de los métodos más comunes para generar una fuente de oscilación local es una fuente de frecuencia de bucle de bloqueo de fase (PLL) que bloquea la salida muestreada de un oscilador controlado por tensión (VCO) a la salida de un oscilador de referencia de bajo ruido de fase. La salida del VCO del PLL puede multiplicarse y amplificarse según sea necesario para accionar cada uno de los elementos de conversión de RF del sistema, como mezcladores, moduladores y demoduladores.

Nueva familia de VCOs

Hittite Microwave ya dispone de una nueva familia de productos de generación de frecuencia que permite a los diseñadores alcanzar nuevos niveles de integración y eficiencia espacial. Hittite ha desarrollado una técnica innovadora para producir VCOs que ofrecen un amplio ancho de banda de sintonización junto con una potencia de salida constante, anchos de banda de modulación muy rápidos, un bajo consumo de corriente continua y un bajo ruido de fase de banda lateral única (SSB). Esta nueva gama de VCO de banda ancha basados en MMIC complementa la amplia gama de componentes de generación y distribución de LO basados en MMIC de la empresa.

Muchas topologías de VCO diferentes pueden funcionar bien en los transceptores de radio de banda estrecha que requieren un ancho de banda de sintonización inferior al 10 por ciento; sin embargo, otras aplicaciones, como los equipos de prueba y medición industriales/médicos, las comunicaciones militares, la guerra electrónica (EW) y las contramedidas electrónicas (ECM) pueden requerir fuentes de generación de frecuencia que proporcionen una octava o más de ancho de banda. Hasta ahora, los diseñadores de RF que querían producir una fuente de frecuencia de referencia de banda ancha de alta calidad se veían obligados a utilizar topologías que cambiaban entre múltiples fuentes sintonizadas para diferentes frecuencias, o utilizaban otras técnicas complicadas para ampliar artificialmente el ancho de banda de una fuente inherentemente de banda estrecha.

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Esta nueva familia de VCO se presenta con tres dispositivos. El HMC586LC4B es un VCO de 4 a 8 GHz que presenta un ruido de fase SSB muy bajo, de -105 dBc/Hz con un desplazamiento de 100 kHz, y proporciona una potencia de salida de +5 dBm con una variación de ±1,0 dB en todo el ancho de banda de sintonización. El HMC587LC4B es un VCO de 5 a 10 GHz con una potencia de salida de +5 dBm y un ruido de fase SSB de -98 dBc/Hz con un desplazamiento de 100 kHz. Por último, el HMC588LC4B es un VCO de 8,0 a 12,5 GHz que ofrece un ruido de fase SSB muy bajo, de -93 dBc/Hz a 100 kHz de desplazamiento, y una elevada potencia de salida de +5 dBm.

Figura 1: Foto del VCO de banda ancha HMC588LC4B en un paquete SMT de 4 × 4 mm, montado en una placa de PC.

Estos VCO de sintonía de banda ancha totalmente integrados incorporan el resonador, el dispositivo de resistencia negativa y el diodo varactor en un único paquete. La potencia de salida y el rendimiento del ruido de fase son excelentes a lo largo de la temperatura gracias a la construcción monolítica. La potencia de salida es muy constante con respecto a la frecuencia, con una variación típica de ±0,5 dB en el ancho de banda de sintonía de salida. La Vsintoniza el puerto de estos VCO de banda ancha acepta una única tensión de sintonización analógica positiva entre 0V y +20V, y permite una modulación muy rápida con anchos de banda de hasta 65 MHz.

Figura 2: Frecuencia de salida frente a la tensión de sintonización de los VCO de banda ancha HMC586LC4B, HMC587LC4B y HMC588LC4B.

Los VCO de banda ancha de Hittite combinan de forma única los atributos de bajo ruido de fase, bajo consumo de energía y tamaño ultrapequeño, lo que los hace ideales para muchas aplicaciones de factor de forma pequeño, como los equipos de prueba y medición industriales/médicos y las comunicaciones militares, la guerra electrónica (EW) y las contramedidas electrónicas (EC). En comparación con los VCO híbridos discretos, los VCO MMIC integrados de Hittite ayudan a los diseñadores a alcanzar sus objetivos de alta fiabilidad, bajo consumo de energía, pequeño tamaño y rendimiento constante. Por ejemplo, el HMC586LC4B, que no requiere componentes externos de adaptación o sintonización, tiene un tamaño ultrapequeño de 16 mm2y consume menos de 300 mW de potencia. Un VCO híbrido de la competencia con un rango de sintonización similar consume 1300 mW, y ocupa 130 mm2 de la zona de la placa de circuito impreso. Un menor consumo de energía significa que se necesita un disipador de calor mínimo, mientras que una huella más pequeña significa que los diseñadores pueden reducir significativamente sus diseños de osciladores; ambos beneficios conducen a menores costes y a un tiempo de comercialización más rápido.

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Tabla 1. Resumen del rendimiento de la gama de VCOs HMC586LC4B, HMC587LC4B y HMC588LC4B.
Frecuencia (GHz)Tensión de sintonía (V)Potencia de salida (dBm)ruido de fase SSB a 10 kHz (dBc/Hz)ruido de fase SSB 100 kHz (dBc/Hz)

Ancho de banda del puerto de sintonización (MHz)

Fuente de alimentación de polarizaciónNúmero de pieza
4 - 80 à +20+5-75-10530+5V@55mAHMC586LC4B
5 - 100 à +20+5-73-9830+5V@55mAHMC587LC4B
8 - 12.50 à +15+5-63-9365+5V@55mAHMC588LC4B

Los VCO híbridos suelen utilizar un material de sustrato de fibra de vidrio, como el FR4, y una cubierta metálica estampada. Esta técnica de montaje puede crear problemas en los sistemas de los usuarios, como efectos de acoplamiento no deseados y dificultades de conexión a tierra de RF. Cada uno de los VCO de banda ancha de Hittite está alojado en encapsulados cerámicos sin plomo QFN SMT de 4 × 4 mm, que cumplen intrínsecamente con la normativa RoHS y están muy familiarizados con las líneas SMT de alta velocidad y gran volumen. Además, los tres VCO utilizan un esquema de patillas idéntico, lo que facilita un enfoque común de la placa de circuito impreso.

Las temperaturas de funcionamiento también pueden desempeñar un papel crucial en el rendimiento del VCO. Los VCO de banda ancha de Hittite están diseñados para funcionar en todo el rango de temperaturas de funcionamiento comercial, de -40°C a +85°C, y hay disponibles pruebas de detección personalizadas para temperaturas de funcionamiento más altas, así como para especificaciones mínimas y máximas específicas del cliente. Los VCO híbridos basados en sustratos de fibra de vidrio y cubiertas metálicas estampadas están sujetos a efectos parásitos que degradan el rendimiento en rangos de temperatura tan amplios.

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Figura 3: Gráfico del ruido de fase SSB del VCO de banda ancha HMC588LC4B en función de la temperatura (ffuera = 12,5 GHz).

La figura 4 muestra un ejemplo de cómo se puede utilizar el VCO de banda ancha HMC588LC4B, el divisor por 8 HMC494LP3, el contador de 5 bits HMC394LP4 y el detector de frecuencia de fase HMC439QS16G para fabricar rápidamente un PLL de banda ancha completamente SMT con una potencia de salida de +5 dBm, un ruido de fase SSB muy bajo y un paso de 400 MHz.

Figura 4. Un ejemplo de oscilador de banda ancha con bloqueo de fase basado en el VCO MMIC de banda ancha HMC588LC4B.

Como se muestra en el ejemplo, la salida acoplada del HMC588LC4B se divide por un factor de 160 a 248, utilizando la combinación del divisor de módulo fijo HMC494LP3 GaAs HBT, y el contador programable de 5 bits HMC394LP4 GaAs HBT. El detector de frecuencia de fase HMC439QS16G se utiliza para sincronizar la salida del HMC394LP4 con la de un oscilador de referencia externo de 50 MHz. En el ejemplo mostrado, el contador de 5 bits del HMC394LP4 se escala a valores enteros de 20 a 31, para conseguir el tamaño de paso de 400 MHz del PLL.

Los VCO MMIC de Hittite ofrecen un rechazo del segundo armónico de -15 a -20 dBc, mientras que las salidas subarmónicas y espurias son inexistentes. Esta pureza espectral permite a los diseñadores evitar la necesidad de costosos enfoques de filtrado para cumplir los requisitos de interferencia del sistema.

Hittite Microwave es conocida por ofrecer productos de generación y distribución de frecuencias de alto rendimiento, entre los que se incluyen: divisores, multiplicadores, preescaladores dinámicos, VCO, osciladores de fase bloqueada (PLO) y sintetizadores completos. Hittite ofrece más de 50 productos estándar que pueden utilizarse en bucles de generación de señales desde CC hasta 80 GHz. Los productos VCO estándar se basan en un proceso MMIC InGaP HBT maduro que proporciona una alta potencia de salida y un bajo ruido de fase de banda lateral única con un consumo de corriente continua relativamente bajo. Además, Hittite ha desarrollado cientos de VCO personalizados para satisfacer los requisitos de aplicaciones específicas.

Los diseñadores pueden elegir entre más de 376 productos estándar que ofrece Hittite, como moduladores, desfasadores, atenuadores, amplificadores de bloque de ganancia e interruptores. Las hojas de datos y la información adicional sobre todos los productos Hittite están disponibles en línea en www.hittite.com.

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