混频器设计附应用(课题论文).docVIP

混频器的设计及应用 一 选题的意义 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 二 总体方案 对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。 混频电路的基本组成模型及主要技术特点： 混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。 混频电路的组成模型及频谱分析 图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中us(t)是已调高频信号。U1(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是U i(t)为中频信号。 混频电路的基本原理： ^ 图2中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。ui(t)输出信号。 分析：当Us(t)=Usmcosψst uc(t)=Ucmcosψct 则Up(t)=Us(t)*Uc(t) = U sm cosψ·stUcm cosψct = Am cosψst*cosψct 其中：Am=Usm*Ucm 对上式进行三角函数的变换则有 Up(t1=Am cosψst*cosψct：l／2Am [cos(ψc+ψs)t+COS(ψc一ψs)t] 从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和频为(ψc+ψS)，差频为(ψC一ψS)。若选频网络是理想 上边带滤波器则输出为Ui(t)=1／2Amcos[ψc+ψs ]t． 若选频网络是理想下边带滤波器则输出： Ui(t)=1／2Amcos[ψc一ψs]t． 工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψc ψS．往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，Ui(t)= 1／2Amcos[ψc一ψS]t为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。 三 各部分的设计及原理分析 1 乘法器的设计和原理 在工程上常用的混频电路有三极管、场效应管集成模拟乘法器。我们以模拟乘法器混频电路为例分析，以掌握基本原理及分析方法： 在数模混合电路中，时钟反馈和电荷的注人是模拟电路设计的最严重的噪声，是数模混合设计的难题，而FDCC II能有效地抑制偶次谐波和不需要的共模信号，提高信号输人的线性范围，非常适合数模混合Ic设计的构造模块，因此，FDCC II受到越来越多设计者的关注。其电路符号如图1所示，端口特性可用如下混合矩阵方程表示： 式(1)表明，当Vy3=Vy =0时， Vχ+ ＝ Vχ- FDCCⅡ的CMOS实现电路 基本四象限模拟乘法器 根据FDCC II的端口特性，由两个FDCC II和MG1、MG2组成一个四象限模拟乘法器，如图所示。 基本四象限模拟乘法器实现电路 1 MOS管MG1、MG2接在FDCC 11的x+和x一端且工作在电阻区，根据MOS管的电流方程，有 I = 2K[(Vcs – VT)VDs – 0.5VDS*VDS 当MOS管工作在电阻区时，VGsVT，但 Vds 值很小，此时，括号中的第2项可以忽略，将得到： I = 2K(Vcs – VT)Vcs 成立的条件为VDS （VCS-VT）。为了扩展模拟乘法器的输入动态范围，在Yl和Y2端接入一个VC ，以保证MOS管MG1、MG2工作在电阻区。对图中的FDCC II—B和MG2，由式(13)、式(14)和式(16)可得：，D2=，x+=4K(VG2一 —VT)( l—Vy2) Ia2 = 4K(Vc2 – Vc –VT)(VY1 – VY2) 由于，Ia2和Ia2的电流都流过MG1，因此，对图3中的FDCC 1I—A和MG1，有Iol=4K(VGl—VG2)( Yl—