混频器的设计及应用

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1、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

2、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14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

3、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Ui(t)为中频信号。混频电路的基本原理：14^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)=Usmcosψstuc(t)=Ucmcosψct则Up(t)=Us(t)*Uc(t)=Usmcosψ·stUcmcosψct=Amcosψst*cosψct其中：Am=Usm*Ucm对上式进

4、行三角函数的变换则有Up(t1=Amcosψst*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

5、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g14：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FDCCII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，FDCCII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(

6、1)表明，当Vy3=Vy=0时，Vχ+＝Vχ-14FDCCⅡ的CMOS实现电路基本四象限模拟乘法器根据FDCCII的端口特性，由两个FDCCII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1MOS管MG1、MG2接在FDCC11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*VDS14当MOS管工作在电阻区时，VGs>VT，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

7、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FDCCII—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FDCC1I—A和MG1，有Iol=4K(VGl—VG2)(Yl—VY2)表明由两个FDCCII和两个MOS管MG1、MG2完成了一个四象限模拟乘法器，但由于MG1、MG2工作在电阻区，所以信号线性输入范围较小，于是在信号输入端引入有源衰减器。有源衰

8、减器为了在较低的工作电压下保持较大的线