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高速四象限模拟乘法器AD834及其应用

发布时间:2020-07-21 17:42:02 阅读: 来源:发泡水泥厂家

模拟乘法器是现代信号处理系统的重要组成单元,它广泛应用于锁相环、混频器、滤波器等信号处理电路中。ADI(模拟器件)公司生产的一种高速四象限模拟乘法器芯片AD834就是其中最具有代表性的产品。

本文引用地址:具有的800MHz的可用带宽是此前所有模拟乘法器所无法相比的。在推出AD834之前,ADI公司已经有了大约20年设计模拟乘法器的历史,也推出过其他的模拟乘法器产品,如:AD734四象限模拟乘法器(带宽仅为10MHz)、AD539二象限模拟乘法器(带宽为60MHz)、AD534四象限模拟乘法器(带宽为60MHz)等。

同时,AD834也是目前速度最快的四象限模拟乘法器芯片之一。它将所有电路集成于一块芯片之中,使得AD834具有极高的速度。这一优点使得AD834可以工作于UHF波段,广泛地应用于混频、倍频、乘(除)法器、脉冲调制、功率控制、功率测试、视频开关等领域。AD834获得很高的速度,并不以牺牲精确度为代价。在乘法器工作模式中,其总的满幅度误差为0.5%。

ADI工程师的独特设计使得AD834具有极低的信号失真(输入端信号失真小于-60dB)、信号馈通(20MHz时的典型值为-65dB)和相位误差(5MHz时的典型值为0.08o);AD834模拟乘法器芯片有8引脚的DIP塑料封装、SOIC封装、陶瓷封装等多种封装形式,可以满足不同应用的需求。

AD834的结构框图如图1所示。AD834的输入为差分电压输入;而输出为集电极开路的差分电流输出。为了获得相对于地的单端电压输出,必须在其外部增加电流-电压变换电路。具体可以采用变压器、传输线变压器或者动态电路,如集成运算放大器等。

在X和Y端口输入的电压,经过高速电压-电流变换器变换为差分电流信号。两个电流信号再分别通过X失真校正和Y失真校正,进入到乘法器的核单元,实现信号的相乘。该乘积信号通过电流放大器得到放大后,以集电极开路的差分电流形式输出,即W1和W2。当输入信号为V时,输出电流为 mA。即:

输入端的电压为:

X=X1-X2

Y=Y1-Y2。

输入端和输出端之间的传输函数为:

如果输入信号单位为伏特,则该传输函数也可以简化为:

芯片各引脚功能说明

AD834芯片的引脚分布如图1所示。该芯片总共有8根引脚:

·引脚1、2为信号Y的差分输入脚,满幅度输入为±1V;

·引脚3、6为电源供电引脚,输入电压为±4~±9V,典型值为±5V;

·引脚4、5为信号W的差分输出脚,满幅度输出为±4mA;

·引脚7、8为信号X的差分输入脚,满幅度输入为±1V。

由于乘法器与双平衡混频器相比具有更好的线性,因此,在实际工作中,我们利用一块AD834芯片来实现混频器的功能,以期获得较好的信号质量。混频电路的原理图如图2所示。

图中AD834的引脚1和2均与地相连。20~80MHz的中频信号和260MHz 的本振信号经过各自的滤波网络(未画出)后分别以单端输入的形式输入到AD834的两个输入信号端口Y1 、X2。选择X2和Y1作为单端输入的引脚是因为这两个引脚离输出端比较远,选择它们做输入可以减小输入信号到输出端的耦合分量。AD834的输入阻抗为25KΩ,在X2、Y1和地之间分别并联上一个51Ω的去耦电阻,可以实现50Ω阻抗匹配。

电源采用经过稳压后的正负6V供电。此12V电压经过50Ω电阻R3和5.1Ω电阻R4分压后,实际在AD834的+VS和-VS间的压降大约为11V。AD834要求输出端W1和W2的静态电压略高于引脚+VS上的电压,也就是说+VS上的去耦电阻R3应该大于W1和W2上的集电极负载电阻R5和R6。R3已经取值为50Ω,R5和R6可以取一个比R3小一点的值,如49.9Ω。由于-VS静态电流约为30mA,因此在引脚-VS与-6V之间串接一个5.1Ω的小电阻可以获得大约150mV的压降。这样做的目的在于消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡。该电路中采用传输线变压器作为双端到单端的变换器件。

RAM-8是Minicircuits公司生产的功放芯片。由于输入不是标准的50Ω阻抗,因此在传输线变压器和RAM-8之间,由R8、R9和R10构成一个阻抗匹配网络。信号经过RAM-8放大后从引脚3输出。

该电路经过实际测试,100MHz时X、Y端到W端的交流馈通分别达到-51和-53dB,优于手册上的典型值。应该注意的是:无论是交流馈通还是谐波失真,Y端的指标都要优于X端。在我们的混频应用中,3阶组合频率(fL+2fI)分量落在通带之内,为减小其影响,应该将中频信号接在性能比较好的Y端,而将本振信号接在X端。经过实际测试,当本振信号功率为0dBm、中频信号功率为5dBm时,混频后的输出带宽为60MHz的信号,3阶组合频率分量的抑制达到52 dB。如果进一步减小中频信号功率,提高AD834工作点的线性程度,可以获得更好的组合频率抑制性能。

·如果将同一频率的信号输入给X端和Y端,即是实现倍频。

·采用两个AD834和一个宽带运算放大器可以连接构成一个通用的乘/除法器。它具有如下的传输函数。■

参考文献

1 “500MHz Four-Quadrant Multiplier”.ANALOG DEVICES,1999

2 胡见堂,谭博文.固态高频电路,国防科学技术大学出版社,1987

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