Este documento discute os tipos de osciladores controlados por tensão (VCOs), incluindo osciladores em anel, de relaxação e LC. Ele explica as topologias, equações e aplicações desses osciladores, concluindo que os VCOs são circuitos importantes em telecomunicações devido à sua capacidade de variar a frequência de saída com a tensão de entrada.

1. Departamento de Engenharia Elétrica
Voltage Controlled Oscillator
Acadêmicos: Gustavo Lambert
Rubens Tadeu Hock Jr
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2. Sumário
 Introdução
 Variações de VCO’s
 Oscilador em Anel
 Oscilador de Relaxação
 Oscilador LC
 Topologias
 Equações e Análise
 Aplicações
 Conclusão
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3. INTRODUÇÃO
Voltage Controlled Oscillator (VCO) é um oscilador
cuja a freqüência de saída varia em proporção direta com a
tensão de entrada. Podem ser sintetizados desde poucos
Hertz até milhares de GHz. Como são osciladores, podem ser
divididos em VCO harmônicos (forma de onda senoidal) e de
relaxação (forma de onda quadrada).
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4. TIPOS DE VCOs
Pode-se citar alguns exemplos de VCOs como:
Oscilador em Anel Oscilador de Relaxação Oscilador LC
Número ímpar de inversões
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5. TIPOS DE VCOs – Oscilador em Anel
Os osciladores em anel são constituídos por inversores
simples ou diferenciais em um elo fechado de realimentação. Sua
implementação integrada é simples e bastante compacta. O controle
da frequência é realizado através do controle das correntes sobre os
inversores ou então eventualmente pela variação da capacitância de
carga dos mesmos.
Seu principal problema é o ruído de fase extremamente alto
em função do chaveamento contínuo dos inversores. Entretanto,
indicado para aplicações diversas como, por exemplo, para geração
de clock de um determinado circuito.
Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 5

6. TIPOS DE VCOs – Oscilador Relaxação
Esse oscilador trabalha carregando e descarregando um
capacitor com corrente constante. Da mesma forma que o oscilador
em anel sua sintonia é realizada variando o valor da corrente.
Sua fácil integração e tamanho compacto, tornam esse
modelo atrativo para integração, porém o alto consumo de corrente
necessário para se diminuir o ruído de fase limita sua gama de
aplicações em RF.
Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 6

7. TIPOS DE VCOs – Oscilador LC
Os osciladores LC, são osciladores sintonizáveis que contém
um ressonador podendo ser um tanque LC ou um cristal. O
ressonador gera a oscilação e um circuito ativo fornece a energia
necessária para compensar as perdas resistivas do ressonador.
Uma dificuldade que existe para integrar esse tipo de
oscilador é devido à baixa qualidade que ainda existe nos
dispositivos passivos integrados. Todavia, possui freqüência de
oscilação altamente estável, grande pureza espectral e baixa
dissipação de potência.
Fonte: CAPOVILLA, C.E. ,2008. 7

8. TIPOS DE VCOs
Oscilador em Anel e Osciladores de Relaxação
Vantagens 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.
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9. TIPOS DE VCOs
Oscilador LC
Vantagens Desvantagens
 Pouco ruído de fase  Dificuldade de integrar
 Uso de apenas um único indutores.
transistor
 Altas freqüências
 Banda Larga
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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:
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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.
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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.
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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.
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