混频器的设计及应用Word格式.docx
- 文档编号:4131402
- 上传时间:2023-05-02
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:153.06KB
混频器的设计及应用Word格式.docx
《混频器的设计及应用Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混频器的设计及应用Word格式.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
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:
^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)
=Usmcosψ·
stUcmcosψct
=Amcosψst*cosψct
其中:
Am=Usm*Ucm
对上式进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
(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1
MOS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*VDS
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。
有源衰减器为了在较低的工作电压下保持较大的线性输入范围,在信号输入端引入有源衰减器。
2本振源的设计
ADF4217L是一款低功耗电流型双频频率合成器,能够同时提供射频/中频两个频率,它包含一个低噪声的数字鉴相器,一个精确电荷泵,可编程的参考分频器,AB计数器和一个双模预分频器,AB计数器和双模分频器P/P+1共同实现N分频,即N=PB+A,14位的参考计数器R实现鉴相器输入端可选择的参考输入。
压控振荡器的输出频率Fvco由下式确定:
Fvco=(PB+A)*Fref/R,Fref是输入的参考晶振频率。
所设计的频率源应用在一无线系统中,系统需要两个频率,165MI--Iz和750MI--Iz,其中165MHz由ADF4217L的IF提供,750MI--Iz由其RF提供,如下图:
ADISinlPLL2.0提供了使用ADF系列锁相频合器的集成环境,可以对锁相环进行配置,仿真,并直接给出所指定的环路滤波器的元件参数。
大大简化了相关计算。
3带通滤波器设计原理
数字带通滤波器的主要参数包括阶数、滤波器类型、两个截止频率等。
高阶滤波器的阻带衰减特性很好,但是,阶数高了之后难以实现。
而对于有源滤波器来说,基波和主要谐波的频率相隔比较大,所以对阻带衰减率的要求不是很高,选用2阶滤波器就可以满足条件;
又因为Butterworth滤波器在通带内特性较平,而且实现起来比较简单,经综合考虑后,选用2阶Butterworth带通滤波器。
滤波器截止频率的选取和品质因数Q密切相关。
Q越大,对谐波衰减越快,经带通滤波器提取出的基波分量越精确;
但是,Q越大,带宽越小,动态响应速度会越慢,还会使数字滤波器的参数相差倍数过大,将增高对字长的要求。
带通滤波器的通带宽度BW=ψ0/(2∏Q)=f0/Q。
f0是系统中心频率。
这里我们Q取在5左右,使得带宽大概在10Hz左右。
选取两个截止频率分别为45Hz和55.6Hz。
这里要注意的是,由于带通滤波器的幅频特性的不对称性,中心频率并不是两个截止频率的平均值。
两个截止频率的选取标准是保证50Hz中心频率的相移为0并且幅值没有衰减。
根据上面的标准设计出滤波器传递函数为
滤波器的幅频和相频特性如图所示:
不、
带通滤波器相频特性曲线
带通滤波器幅频特性曲线
四参数的计算和选择
频谱器的主要技术特点:
混频增益Kpc.
Kpc=Pi/Ps
或Kpc=101ogPi/Ps(dB)
Pi——代表混频器输出中频信号功率。
Ps——代表输入信号的功率。
Kpc的大小与混频电路的结构形式有关,若对于二极管混频电路而言Kpc<
l,对于由三极管、场效应管和模拟乘法器构成的混频电路则Kpc>
1。
噪声系数NF:
由于采用了有源器件进行混频,所以电路内部存在噪声而且输出信噪比总是小于输入信噪比,噪声系数总是大于1NF=输入信号功率偷入噪声功率÷
输出信号功率偷出噪声功率=Si/Ni÷
So/NoNF越大,说明电路内部噪声越大,NF越小则说明电路内部噪声越小。
在理想情况下,电路内部无噪声则NF=1。
混频失真与干扰
由于有源器件的非线性。
则在混频过程中,存在着组合频率干扰,而这种干扰往往是伴随着有用信号,因此严重的影响了混频器正常工作,因此而采取措施抑制组合干扰。
另外混频器的失真分为频率失真和非线性失真,此失真也将影响混频器正常工作,必须加以降低。
选择性:
选择性是指混频器的输出选择有用中频信号而滤除干扰信号的能力。
此参数主要是由带通滤波器的性能决定的。
所以在混频电路中带通滤波器也称选频网络,选择性是由选择网络Q值来决定。
五实验结果及应用
若以常规AM变频为例,
若:
Us(t):
[Ao+f(t)]COSψ0t
U1(t)C0Sψ1t
则Up(t)=[Ao+f(t)]cosψt*cosψlt
=1/2[Ao+f(t)][COS(ψc+ψ1)t+cos(ψc一ψ1)t]
若BPF是下边带滤波器则输出:
Ui(t)=0.5[Ao+f(t)]cos(ψc一ψ1)t
则实现了频率的变换。
对应的频谱分析为
3应用电路分析
如图3摩托罗拉手机CD928系列接收电路混频器电路图。
此混频电路是由分立元件组成的。
在移动通信中,常需要使信号从一个频率变换
成另外一个频率,以满足电路的要求。
要完成此任务,就必须采用}昆频电路。
在移动通信接收机中,混频电路是一个核心电路。
从图电路形式看,要进行混频,须通过元件参数的设置,使VT460工作在三极管的非线性区域。
电阻R462、R461、R468构成了VT460偏置电路。
该电路的形式是一典型分压偏置共射电路。
由IA61、CA70、C463、L465组成选频
网络。
混频电路有两个信号输人端,GSM是射频输人信号,DCs是本机振荡信号输人,若GSM输入频率为fl,DCS信号频率为f2经VT460非线性混频。
可得主要频率为f2+f1和f2一f1.经选频网络选频可得f2一fl。
则称为移动电话的中频信号。
不同的手机接收机中混频器有所不同。
有超外差一次变频,有超外差二次变频机。
如图4是摩托罗拉一次变频机,如图5是诺基亚3210二次变频接收机。
六结论致谢
混频器的设计有三部分,乘法器,本振器和滤波器组成,其中乘法器是主要部分,有它产生分频信号,再通过滤波器得到基波信号。
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。
混频器在很多方面的到广泛应用。
本次设计得到了同学和老师的帮助,得到了河南理工大学电气与自动化学院的吴冰、张炜、刘志平等老师的帮助,特别是王新良老师的指导和帮助,在次深感表谢。
八参考文献
[1]张肃文.高频电子线路.一四版.北京:
高等教育出版社,2004.11
[2]高如云,陆曼茹,张企民.通讯电子线路.西安电子科技大学出版社,1995年.
[3]南利平.通信原理简明教程.清华大学出版社,1999.
无线电杂志2002.1.
中华科技期刊数据库(维普)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 混频器 设计 应用