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低失真有源混頻器AD831的工作原理及應用
來源:黄瓜视频app下载官方污科技   發布時間:2012-08-20  瀏覽數:3349    【收藏本頁】

摘要:AD831是美國AD公司生產的單片低失真混頻器,它采用雙差分模擬乘法器混頻電路。文中介紹了AD831的工作原理、內部電路、引腳排列及功能說明,最後給出了AD831在頻蹤式雷達本振中的應用電路。

關鍵詞:混頻器 射頻 本振 中頻 AD831
 

混頻器在廣播、通信、電視等外差式設備及頻率合成設備中具有廣泛的應用,它是用來進行信號頻率變換並可保持調製性質不變的電路組件,其性能對整個係統有著足輕得的作用。AD831是AD公司生產的低失真、寬動態範圍的單片有源混頻器,它輸入輸出方式多樣,使用靈活方便。
 
 
 
 
 
 
1 AD831的組成及主要特點
AD831由混頻器、限幅放大器、低噪聲輸出放大器和偏置電路等組成,主要用於HF和VHF接收機中射頻到中頻的頻率轉換等場合。AD831采用雙差分模擬乘法器混頻電路,具有+24dBm三階交叉點,且三階互調失真小,同時有+10dBm的1dB壓縮點,線性動態範圍大,神經質本振輸入信號僅需要-10dBm。同無放大器的混頻器相比,它不僅省去了對大功率本振驅動器的要求,而且避免了由大功率本振帶來的屏蔽、隔離等問題,因而大大降低了係統費用;AD831的本振和射頻輸入頻率可達到500MHz,中頻輸出方式有兩種差分電流輸出和單端電壓輸出,在采用差分電流輸出時,輸出頻率可達250MHz;采用單端電壓輸出時,輸出頻率大於200MHz。AD831既可用雙電源供電也可以用單電源供電,雙電源供電時所有端口均可采用直流耦合,因而可由用戶根據需要通過外圍電路控製電源功耗。AD831采用20腳PLCC封裝,圖1是AD831的引腳排列圖,表1是它的引腳功能說明。

表1 AD831的引腳功能說明
引  腳 名  稱 功    能 引  腳 名  稱 功    能
1 Vp 正電源 11 LOP 本振輸入
2 IFN 混頻級電流輸出 12 Vp 正電源
3 AN 輸出放大器負輸入端 13 GND
4 GND 14 BIAS 偏置輸入
5 VN 負電源 15 VN 負電源
6 RFP 射頻輸入 16 OUT 輸出放大器輸出
7 RFN 射頻輸入 17 VFB 輸出放大器反饋輸入
8 VN 負電源 18 COM 輸出放器輸出公共端
9 Vp 正電源 19 AP 輸出放大器正輸入端
10 LON 本振輸入 20 IFP 混頻級電流輸出
2 工作原理
2.1 混頻原理
 
 
 
 
 
 
圖2所示是AD831的內部電路框圖。圖中,頻頻輸入信號加到晶體管Q1、Q2的基極,由於電阻R1、R2的負反饋潮作用,因而差分電流射頻信號的幅度成線性關係。-10dBm的本振輸入信號經過一個高增益、低噪聲的限幅放大器轉換成方波,而後交叉地加到Q3~Q6的基極,最後混頻信號從IFP和IFN腳輸出。當將IFP、IFN連接到有中心抽頭的變壓器上時,AD831不可提供從射頻到中頻的單路輸出。若使用輸出放大器,則可降IFP和IFN腳直接與AP和AN腳相連,這時,片內的負載電阻可將輸出電流轉換成電壓來驅動輸出放大器。
2.2 控製偏置電流
AD831的射頻輸出的最大值與偏置電流成比例,在BIAS引腳與電源之間接一個電阻可使偏置電流減小。正常工作時可將BIAS腳懸空,而在低功耗工作時,可將BIAS腳直接連接到正電源。混頻器工作電流的調節範圍可從正常工作的100mA調整至最小功耗時的45mA。2.3 低通濾波
在混頻和輸出放大器之間可加入一個簡單的低通濾波器,方法是在芯片的內部電阻性負載上並聯一個外接電容(芯片的內部電阻性負載為14Ω,允許有20%的偏差),這樣在下混頻應用中將顯著衰減本振信號和射頻信號的和頻成分。該一階低通濾波器的轉折頻率,應選擇在比下混頻的IF輸出高一個倍頻程的位置。例如,對70MHz中頻輸出而言,-3dB點可選在140MHz附近,此時CF應為82pF。
2.4 輸出放大器的應用
AD831的輸出放大器可將混頻的差分電流轉換為單端電壓輸出形式,並可在50Ω的負載上提供高達1V的峰-峰值電壓。把AN和AP直接連接到混頻級的集電極輸出上,並將輸出端(OUT)接至VFB,這樣可提供單增益。改變增益時,可在放大器的輸出端外接一個電阻網絡R3、R4並連接至VFB。

3 在頻蹤式雷達本振中的應用
圖3是基於直接數字頻率合成技術(DDS)的某頻蹤式雷達的本振組成框圖。該係統應用了兩片AD831,分別用作下混頻和上混頻。
恒溫晶振產生的頻率穩定度達10 -9的100MHz信號,功率分配器分為四路:一路放大後作DDS時鍾;一路送往頻率測量電路作為測頻基準;一路則送至AD831與DDS的輸出信號混頻,經濾波取上中頻放大後作為本振信號。本振信號同樣經四功分器分為四路,其中兩路作為雷達的本振信號,一路用作檢測,一路則送到另一片AD831與雷達發射機耦合來的射頻信號進行混頻。AD831輸出的下中頻信號經濾波後送到頻率測量電路進行測頻,以使單片機根據測量結果改變DDS的輸出頻率從而實現頻率跟蹤,保證雷達中頻信號頻率的穩定。
3.1 下混頻電路
圖4是AD831用於下混頻工作時的典型電路。其電源電壓應在±4.5~~±5.5V的範圍內。圖中用C1、C2、L1組成高通濾波網絡,以保證射頻信號的輸入;82pF的電容CF跨接在IFN、IFP與Vp端作低通濾波器。當本振頻率低於100MHz時,其電平應在-20dBm以保證AD831安全工作,而在本振頻率高於100MHz時,是怦應為-10dBm。
在頻蹤式雷達本振係統中可通過調整圖4中跨接在16、17、18腳的兩個電阻R3、R4的阻值來使中頻信號輸入端得到1V的峰峰值,並值接經比較器整形為TTL方波後送往數字測頻係統進行頻率測量。當本振頻率不變時,中頻信號的頻率變化反映了雷達發射信號的頻率變化,而為了使接收機中頻頻率的穩定,此時隻須根據測量結果的調整本振頻率,即可實現本振頻率跟隨發射脈衝頻率變化,以及保持中頻信號頻率穩定,還能很好地解決單級振蕩式雷達發射機發射頻率漂移的問題。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 上混頻電路
圖5為AD831上混頻器的應用電路圖。將DDS的輸出信號與來自晶振的100MHz信號分別輸入到AD831的RF端和LO端,這樣可使DDS芯片產生的射頻信號在6MHz~38MHz之間可調,並使相應的上混頻輸出信號在106MHz~138MHz之間變化。為抑製高次諧波,電路中采用了聲表麵濾波器組,四個聲表麵濾波器的中心頻率分別為108MHz、113MHz、120MHz和131MHz,通頻帶分別為106MHz~110MHz、110MHz~116MHz、116MHz~124MHz和124MHz~138MHz。通過由單片機控製的射頻開關來選擇濾波器,使在某一時刻的信號隻通過與其頻率相對應的濾波器。

    因聲表麵波濾波器的插入損耗較大(約18dB),所以對AD831的上混頻輸出信號要求很高,再加上上混頻輸出頻率也較高,因此,此時電路的上中頻頻率低於AD831采用單端電壓輸出時的最大輸出頻率,僅靠AD831采用單端電壓輸出時的最大輸出頻率,僅靠AD831的片內輸出放大器難以滿足需要,於是筆者在圖5電路中再外接一級放大,把AD831的IFN腳和IFP腳分別接到外接放大器的妙手回相端和反相端,而未使用芯片內的輸出放大器。由於采用了聲表麵濾波器進行濾波,所以,得到的輸出信號頻譜比較純淨。圖中,AD831其餘各引腳的連接可參考圖4,但AN、AP腳不可接地,而OUT、VFB和COM引腳則應接地。
3.3 使用中應用注意的問題
在使用AD831的過程中,曾出現其輸出噪聲較大時係統不能正常工作的情況,經改進電路板布局重新布線後有一定改善,並將AD831及外圍電路裝入1mm厚銅板製作的屏蔽盒中,輸入輸出全部采有SAM50接頭,電源輸入端均加入濾波網絡,其結果是輸出噪聲顯著降低,係統工作穩定。因此,合理選擇元件、精心布局電路板、有效的電源去耦濾波及可靠的屏蔽對發揮AD831的性能是十分重要的。
AD831的外圍電路簡單,動態範圍大、失真小,且輸出方式多,使用靈活方便,是性價比高的混頻器。