基于模拟乘法器MC1496的混频器设计解读.docx

1、基于模拟乘法器MC1496的混频器设计解读基于模拟乘法器MC1496的混频器设计 摘要集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可以作为高性能的SSB乘法检波器，AM调制/解调器、FM解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多的数学运算，如乘法、除法、乘方、开方等。本设计主要应用集成模拟乘法器MC1496实现以上功能。模拟乘法器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。工作象限是指容许输入变量的符号范围。只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和

2、uy都可以取正、负值的则称为四象限的。线性度是指相乘器的输出电压uo与输入电压ux(或uy)成线性的程度。馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号，必须保持调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变。由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。关键词：MATLAB,模拟乘法器，混频电路DESING OF MIXER BASED ON

3、 THE ANALOG MULTIPLIER MC1496 AbstractAfter the integrated operational amplifier in the integrated analog multiplier is one of the most common analog integrated circuit, is a kind of multi-purpose linear integrated circuits.Modulator can be used as a broadband, suppressed carrier bilateral balance,

4、dont need coupling transformer or tuned circuit, also can be used as a high-performance SSB multiplication detector, AM, FM demodulator, mixer/modem modulation, frequency multiplier, and phase discriminator, combining it with amplifier can also do many mathematical operation, such as multiplication,

5、 division, chengfang, root, etc. This design mainly used integrated analog multiplier MC1496 achieve above functions. Analog multiplier is the main technique index quadrant, linearity and feed through work.Work quadrant refers to allow the input variable symbol scope.Only allow both ux and uy positi

6、ve multiplier is called a quadrant, and allow the ux and uy can take the positive and negative is known as the four quadrants.Linearity refers to the multiplication of the input voltage and output voltage uo ux (or uy) into linear degree.Feed through degree is refers to the two input signals of a is

7、 equal to zero, the other in the size of the output terminal output.Mixing is the carrier for the high frequency modulated signal, no distortion for the carrier to transform to the middle of the modulated signal, must be kept in (1) modulation type, modulation parameters are the same, namely the ori

8、ginal modulation law remains the same.The phase of each frequency component of the spectrum structure remains the same, (2) the size and the spacing between the same.Due to the design and production of high gain, good selectivity, and working frequency was lower than those of the original carrier fr

9、equency fixed intermediate frequency amplifier is easy, so the mixing method can greatly improve the performance of the receiver.This design is the use of simulation software, using analog multiplier to realize mixing circuit.Key words:MATLAB, Analog multiplier, mixing circuit1.绪论混频技术在高频电子线路和无线电技术中应

10、用的相当广泛。在调制过程中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频的已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率转换，变成对应的中频信号。混频器也是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大（频率越高，放大量越低，反之频率低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为放大功能主要放在中放，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收使得调整方便，放大量、选择性主要由中频部

11、分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、频谱分析仪）的重要组成部分。本实验中通过MC1946构成的混频器来对接收信号进行频率转换，变成需要的中频信号。2.实验原理2.1混频器原理变频电路的基本功能是保持已调信号的调制规律不变 ，仅改变其载波频率处理过程。用模拟乘法器实现混频，只要在Ux端和Uy端分别加上两个不同的频率信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理框图如图1。图1 混频器原理框图混频电路的输入是载频为f

12、o的高频已调波信号us(t)和频率为fL的本地正弦波信号（标为本振信号）uL(t)，输出是中频为fI的已调波信号uI(t)，通常取fI=fL-fC。以输入是普通调幅信号为例，若，本振信号为，则输出中频信号为。可见，调幅信号频谱从中心频率为fc处平移到中心频率为fi处，频谱宽度不变，包络形状不变。图2是相应的频谱图。图2（a）混频前（b）混频后2.2模拟乘法器MC1596的工作原理模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X和Y输入端口。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、

13、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器。其内部电路如图3所示：其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1V4; V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5 等组成多路电流源电路;V7、R5、R1为电流源的基准电路;V8、V9分别供给

14、V5、V6管恒值电流Io/2,R5为外接电阻，可用以调节Io的大小;由V5、V6 、两管的发射极引出接线端 2和3，外接电阻RY，利用 RY的负反馈作用，以扩大输入电压u2的动态范围;Rc为外接负载电阻。引脚8与10接输入电压Ux，1与4接另一输入电压Uy.。MC1496的管脚排列如图4所示，其符号如图5所示。图3 MC1496内部电路 图4 MC1496引脚排列 图5模拟乘法器电路符号2.3调幅波原理设载波信号的表达式为调制信号的表达式为则乘法器输出的DSB调幅信号的表达式为2.4带通滤波器原理滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。其主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可

15、能大的衰减。带通滤波器允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声，即能通过高于频率cL且低于频率cH的信号，频率从零到cL以及频率从cH到无穷大均为阻带。3.电路仿真及代码3.1电路图由Multisim11程序得到仿真电路图如图6。图6 混频电路3.2程序代码在Matlab中用如下代码（如图7）对该电路中各信号波形进行仿真。t=0:0.00000001:0.001;U0=0.05; %载波信号振幅 f0=106 ; %载波信号频率w0=2*f0*pi;m=0.3; %调制度f1=2000; %调制信号频率w1=2*pi*f1;U1=0.2;Uam=U0*(1+m*cos(w

16、1).*t).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 f2=1456000; %本振信号频率w2=2*pi*f2;U2=0.2; %本振信号电压u3=U2*cos(w2).*t); %本振信号表达式u4=Uam;u5=u4.*u3; %两个信号相乘，设相乘系数为k=1w3=w2-w0; %经带通滤波器的中心频率u6=1/2*U0*U2*cos(w1).*t).*cos(w3).*t);%中频信号表达式plot(t,Uam);title(AM已调信号波形);pause;plot(t,u3);title(本振信号);pause;plot(t,u5);title(经乘法器后的信号);pause

17、;plot(t,u6);title(中频信号);4.实验分析4.1调幅电路幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路包括：(1)简单的二极管调幅电路；(2).平衡调制器；(3)环形调制器。高电平调幅电路根据调制信号控制方式的不同，可分为基极调幅和集电极调幅。 m称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度，一般m越大，调制幅度越深。当m=0时，表示未调幅；当m=1时，调制系数的百分比达到100%；当m1时，已调波的包络形状与调制信号的不一样，产生严重的包络失真，所以一般取0m5时，幅度已很小可以忽略如当fc=

18、918时，fL=918+456=1383,2fc-fL=1836-1383=453,F=456-453=12在中频通带以外，不会形成干扰。又如，当fc=931KHz时，本振频率fL=(931+456)=1396KHz这时P=1,q=2所对应的组合频率分量为fpq=2fc-fL=2931-1396=466KHz，它与有用中频频率只差1KHz，显然可以通过中频放大器进入检波器，与有用中频fI=465KHz找信号作用后产生F=466-465=1KHz的差拍信号，在输出端产生1KHZ的干扰哨叫声。所以为了避免干扰，应合理选择电台的发射载波频率，使组合频率在中放通带以外。c、由 知。当p=0,q=1时，

19、fc=fI这种干扰最强。所以为了避免这种干扰，应使在接收频段之外，如465在535-1605外。（3）克服方法：a、选定合理的Q点，减少滤波分量。b、限制Uc(t)的幅度。c、选合理的fI4.3.5.2非线性失真包络失真和强信号阻塞（u态），交叉调制（三次方以上各项），互相调制（平方项以上），混频器、放大器中均有存在。克服方法：选平方律特性的器件Q合理选，使其工作在平方律区域加负反馈扩大动态范围5心得体会经过本次课程设计，我体会到平时的理论知识大概有印象，但到具体的计算时，总发觉很难，而且理论知识学的也不踏实，有的地方分析起来很吃力。以后一定要认真的对待。本次课程设计我应用了Matlab软件来

20、仿真电路，发现以后要多动手，当仿真结果出现时，真的很高兴。我还对乘法器有了进一步的了解。作为一个电子方面的大学生，在今后的工作中难免需要很强的实践动手能力，所以这次课程设计实践对我来说是很值得珍惜的好机会。这次课程设计，虽然短暂，但却给了我一次自主设计电路的机会。在设计过程中，以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现，并且遇到了书本中不曾学到的情况。通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在与组员的反复讨论下，使整个电路可稳定工作。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。6.参考文献1王卫东 高频电子电路（第2版） 电子工业出版社2林春方 高频电子线路 电子工业出版社3薛山 Matlab基础教程 清华大学出版社