模拟相乘器.ppt
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1、第四章 模拟相乘器和混频器,4-1 模拟相乘器,一、模拟相乘器的基本特性,基本概念,(AM为增益系数,亦称比例系数或标尺因子),一、模拟相乘器的基本特性,基本概念,工作区域,单象限,二象限,四象限,一、模拟相乘器的基本特性,传输特性,零输入响应 : 零输入状态时,是非零的输出,存在误差电压(输出失调电压和馈通误差电压)。,直流传输特性 (一个输入为直流时),非线性传输特性,正弦信号传输特性,直流(或低频)传输特性,平方律特性( 时 ),一、模拟相乘器的基本特性,引起误差原因:,误差分析(静态误差 ),二、模拟相乘器的实现方法,二极管相乘器技术 四分之一相乘技术 对数反对数相乘技术 脉冲高度宽度
2、的相乘技术 三角波相乘技术 可变跨导的相乘技术(三极管),三、二极管相乘器,分析方法开关函数分析,(二极管平衡相乘器、二极管双平衡(环形)相乘器),单向正相余弦开关函数,单向反相余弦开关函数,双向开关函数,(二极管平衡相乘器、二极管双平衡(环形)相乘器),单向正相正弦开关函数,单向反相正弦开关函数,双向开关函数,三、二极管相乘器,分析方法开关函数分析,三、二极管相乘器,二极管平衡相乘器,电路及特点,电路,三、二极管相乘器,二极管平衡相乘器,电路及特点,特点,a) D1、D2为理想开关二极管,b) v1同相加到D1、D2上, v2反相加到D1、D2上,c) Tr1次级与Tr2初级具有中心抽头,并
3、上下严格对称,d) 差动输出电流i=iD1- iD2,三、二极管相乘器,二极管平衡相乘器,工作原理,V1mV2m,V1mVD(on) v1控制 D1 、 D2开关工作, 若v10,D1、D2导通;若v10,D1、D2截止,i 含频谱分量:2,12,312 ,三、二极管相乘器,二极管平衡相乘器,工作原理,实现相乘条件:,则:在负载上选出,在RL两端并上LC带通滤波 (满足中心频率为1,BW3dB = 22),三、二极管相乘器,二极管双平衡相乘器(环形相乘器),电路及特点,b) Tr1次级Tr2初级具有中心抽头,上下严格对称,特点,a) D1D4理想开关二极管,c) v1同相,v2反相加到D1、D
4、2或D3、D4上,电路,d) 差动输出电流i=i- i,三、二极管相乘器,工作原理,V1mV2m V1mVD(on),v1=V1mcos1t,v2=V2mcos2t,若v10,D1D2导通,D3D4截止;,二极管双平衡相乘器(环形相乘器),i 含频谱分量:12,312 ,若v10,D1D2截止,D3D4导通。,三、二极管相乘器,工作原理,二极管双平衡相乘器(环形相乘器),实现相乘条件:,二极管环形相乘器与平衡相乘器相比不仅频谱更纯净,而且相乘效率提高一倍,得到了广泛应用,通常把环形电路接成环形电路组件。,在RL两端并上LC带通滤波(满足中心频率为1,BW3dB = 22 ),三、二极管相乘器,
5、二极管环形组件相乘器:,电路,四、三极管相乘器,差动特性分析法,1. 差动特性分析法,1) 电路,2) 差分特性,3) 双曲正切函数表示,1. 差动特性分析法,4)对 近似方法,若V1m26mv,若26mvV1m260mv,若V1m260mv,2单差分对相乘器,1) 电路,2) 工作原理,v1=V1mcos1t v2=V2mcos2t,2单差分对相乘器,a) 实现理想相乘时,相乘增益与温度T成反比,分别对V1m260mv进行频谱分析讨论, 通过LC 带通滤波器(中心频率谐振在1,3dB带宽为22),可实现(v1 v2 )不失真相乘。,2) 工作原理,b) 实现理想相乘受V1m26mv的限制,3
6、双差分对相乘器,电路,v1=V1mcos1t v2=V2mcos2t 12,特点,a) v1交叉地加到T1、T2与T3、T4上,1) 电路及其特点,b) i ii差动输出,3双差分对相乘器,2) 工作原理,i) V1m26mv, V2m26mv 无意义,说明v2必须为小信号,ii) V1m26mv, V2m26mv 实现近似理想相乘,iii) 26mvV1m260mv , V2m26mv,iv) V1m260mv , V2m26mv,输出的LC带通滤波器,应满足:中心频率为1,BW3dB=22可实现不失真相乘。,3双差分对相乘器,2) 工作原理,欲实现理想相乘时存在的问题:,i) 实现理想相乘
7、,要受到V1m26mv,V2m26mv的限制,ii) 相乘增益与温度T2成反比,4三差分对相乘器 可变跨导四象限模拟相乘器,扩大v1 、v2的动态范围,实现任意两个模拟信号的相乘。,1) 流控吉尔伯特电路,2) 电压电流线性变换器,实现方法:分别在差分对管T5 、T6 与T9、 T10的两个射极间分别加一个大电阻RE2与RE1,实现深度负反馈。,2) 电压电流线性变换器,a) 实现任意两个模拟信号的相乘,b) AM=4Rc /IoRE1RE2与T无关,所以电路特性稳定,c) 实现相乘条件:,五、集成模拟相乘器,第一代集成相乘器,1) 电路与工作原理,1. 第一代集成相乘器,1) 电路与工作原理
8、,2) 工程估算,a) RE1 ,RE2:,c) +VCC, -VEE:,b) Rc:,d) R3 ,R13:,e) Rk:,从V2max,-V2max分别往上、往下估算,,3) 调零技术(调整),i) 调零:,ii) 调AM:,2. 第二代集成相乘器,第一代+调零电路,3. 第三代集成相乘器,第二代+有源负反馈差分放大器,六、集成MOS模拟相乘器,(a),(b),(c),(d),补充题:如图所示电路中,,v1=V1mcos1t,v2=V2mcos2t,且V1mVD(on), 12,D1、D2特性完全相同,导通电阻RD (1)试求(a)(d)各输出电流i,并分析其所含的频谱分量 (2)哪些电路
9、能实现相乘,需什么条件,并求输出端vo表达式。,七、电流模相乘器,概念 用电流的分量处理模拟信号的电路称为电流模电路。 晶体管有用的频率高达fT,具有频带宽、高速的传输特性。,2. 基本电流模电路形式,跨导线性电路(TL电路) 电流镜(CM)与电流传输器(CC) 开关电流电路(SCC) 砷化镓高速电路(GAhsc) 模拟神经网络电路(AN) 支撑电路(SC),3. 特点,1) 频带宽速度高,电路是低阻节点,极点频率很高,接近特征频率fT,电路中电流变化影响电压分量VBE(on) 变化很小;向Cbe充电电流很大,时间短。,2) 动态范围很大,电源电压很低(0.7V1.5V),输出电流达到(10-
10、9、nA级)(10-3、mA级),输出最大电流受晶体管限制,3. 特点,3) 易于实现电流的存贮与转移,动态电流镜可作为偏置电流,或作为电流1:1拷贝、倍乘或整除。,广泛用在开关电流滤波器、开关电流A/D、D/A转换器中。,4) 便于实现电流与电压的线性与非线性转换,作为电压电流线性转换器,5) 非线性失真很小,器件的伏安特性不影响电流传输特性,易于实现高精度的模拟信号处理,4. TL回路原理,1) TL基本概念,说明gm是集电极电流线性比例函数,因此提出跨导线性TL概念。,2) TL原理:,条件:,a) 有偶数个PN结,b) 顺时针排列(CW)个数=逆时针排列(CCW)个数,结论:顺时针发射
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