有源混频器电路

射频通信电路信息工程学院6.2有源混频器电路射频通信电路信息工程学院用双极型晶体管或场效应管构成特征:混频增益16.2.1单管跨导型混频器1.工作原理直流电源和偏置射频输入和本振中频输出原理电路射频通信电路信息工程学院（1）工作状态——线性时变①线性时变必须满足的条件：)()()(tvtvVtvRFLOGGGStVtvRFRFRFcos)(tVtvLOLOLOcos)(两个输入：RFLOVV一大一小，且②分析线性时变的两要素（a）时变——时变偏置引出时变跨导)()(tvVtVLOGGGSQ时变偏置：......))(())((2210tVvatVvaaiGSQGSGSQGSD在时变工作点展开Di.......2210RFRFDvavaai代入射频通信电路信息工程学院时变跨导富氏展开：......2coscos)(210tgtggtgLOmLOmmm重复频率为LOtdtggLOmm)(210ttditggLOLOmmicos)(1.......2210RFRFDvavaai展开式系数随时变偏置而时变.......)()()(2210RFRFDvtavtatai时变频率与时变偏置中的相同LO时变跨导：)(tgm)(1ta的能力转化为输出电流表示将输入信号DRFiv射频通信电路信息工程学院（b）线性——小信号与时变跨导相乘引出频谱线性搬移)()()(0tvtgtIiRFmDD漏极输出电流条件：小信号相乘1()()mRFgtvt()RFLO()RFLO定义：变频跨导121mRFIFfcgVIg时变跨导基波分量的一半输出中频电压11()cos2IFmLRFIFvtgRVt1111()cos()cos22IFmRFRFLOmRFIFitgVtgVt滤波，得中频电流变频增益LfcRFRFLmRFIFvRgVVRgVVA/211IFDi射频通信电路信息工程学院（2）变频跨导的求法②根据跨导的定义GSDmdvdig求出器件的关系曲线GSmvg~③代入混频器的时变偏置)()(tvVtvLOGGGSGGV()LOvt①已知器件的伏安特性曲线GSDvi~DiGSvGSoffv0射频通信电路信息工程学院变频跨导112fcmgg④通过曲线画出时变跨导的波形GSmvg~)(tgm⑥分析变频跨导与本振幅度的关系LOV1max2mmgg的基波分量最大)(tgm变频跨导的最大值max1fcmgg变为方波)(tgmmax1()()mmLOgtgSt⑤对富氏级数分解求出基波分量幅度)(tgm1mg射频通信电路信息工程学院6.2.2单平衡混频器电路组成——四部分①由本振信号激励的差分对管Q2Q3②输出电流受射频信号控制的晶体管Q1③中频负载RL电路工作的三个特点①Q1是射频小信号线性放大器（输入跨导级）i②差分对Q2Q3是在本振大信号作用下的轮流导通的双向开关23iii④直流偏置（图中未画出）③当双端输出时，输出电流是两电流和的差2i3i射频通信电路信息工程学院工作原理（1）线性跨导级Q1——射频输入为小信号应工作于放大区－加上偏置电路—设置合适的工作点1CQI1mgQ1的集电极电流RFmCQcvgIi11))(21(22tvkTqthiiLOc))(21(23tvkTqthiiLOc)(232tvkTqthiiiiLOc输出电压23()IFLLviRiiR（2）差分放大级Q2Q3射频通信电路信息工程学院)()()(2112tSvgItSiiLORFmCQLOc条件：差分对输入电压足够大LOV双曲正切分段线性两段折线双向开关展开式：)(2tSLO244()coscos33LOLOLOSttt差分对输出电流的近似)(232tvkTqthiiiiLOc得到频率：RFLOpp=1，3，5，…LOp、本振各奇次谐波与射频基波的组合频率输出电流中包含本振及本振的奇次谐波射频信号与开关函数中各分量相乘射频通信电路信息工程学院IFLRFmLORFLIFIFRVgRIvcos2)cos(1（3）单平衡混频器的输出电压混频器的电压增益LmRFIFvRgVVA12缺点：中频输出口与本振口隔离不好得输出电流中的中频电流tIVgiIFIFLORFRFmIFcos)cos(21滤波结论：实现了混频与射频级跨导、中频负载成正比与本振电压无关（条件做开关）23QQ射频通信电路信息工程学院6.2.3吉尔伯特双平衡混频器——模拟乘法器应用目的：改善单平衡混频器口间隔离不好的缺点电路特点：射频级改为差分输入输出线性放大器本振级改为双差分对中频输出口为平衡输出射频通信电路信息工程学院输出电压oLviR13241243()()()()IIIiiiiiiiiiii)2(2521KTqvthiii)2(2634KTqvthiii)2(1065KTgvthIii)2()2(210KTqvthKTqvthIi结论：、非理想相乘1v2v射频通信电路信息工程学院按v1、v2的大小分三种情况来讨论该模拟乘法器输出。1.v1、v2均为小信号（、均小于26mV）mV1mV2结论：实现了输入电压v1、v2理想相乘输出频率)(21幅度成正比缺点：①输入信号动态范围小②乘积系数与温度T有关02)2(IKTq2120012()()()222qvqvqiIththIvvKTKTKTvKTqKTqvth22，输出电流简化为：近似射频通信电路信息工程学院2．一个为大信号，一个为小信号Q1、Q2、Q3、Q4工作于开关状态)()2(222tSvKTqth输出电流)()(22212210tSvgtSvKTqIimQ5、Q6线性化Q5或Q6的跨导输出电流频谱：21p（p=1，3，5…）v1与v2理想相乘项（）的电流幅度为：12mmmIVgVkTqII110222输出正比于与大信号幅度无关小信号幅度小信号放大级跨导为小信号1v大信号（V2m100mv）2v设射频通信电路信息工程学院Gilbert乘法器构成双平衡混频器工作模式射频小信号本振大信号1RFvv2LOvv输出电流022()()2RFLOmRFLOqiIvStgvStKT输出电流频谱：LORFp（p=1，3，5…）双平衡混频器优点：RFLO①输出不含有射频和本振分量——口间隔离好②线性范围较大，问题：如何扩大的动态范围？1v（1）RF输入级是差分放大器，线性范围比单管大（2）输出采用双平衡，抵消了RF级的偶次失真项原因？射频通信电路信息工程学院1156EBERBEvvvv电压关系eiIi0521eiIi0621电流关系11EReEviR其中扩大动态范围的方法1v——射极加负反馈电阻BEqvKTEsiIe由50566012/lnln12/eBEBETeiiIKTvvVqiiI由35122ln2......135xxxxx11100242()EeTRTeEiVvvViRII0.5x11ERvv104TEVRI1156112()22EReEEvviiiRR射频通信电路信息工程学院乘法器的输出电流562121()()22()2EqiiithvKTvqthvRKT结论：输出电流与输入电压v1成线性v1的最大范围为：10011144EvIIR020.5eixI11EReEviREEV1ER射频通信电路信息工程学院3.v1、v2均为大信号上、下两对差分对管均工作于开关状态)2()2(210KTqvthKTqvthIi)()(22120tStSIi输出电流频谱:12(21)(21)nm射频通信电路信息工程学院吉尔伯特模拟乘法器典型产品MC1596内部电路镜像电流源接反馈电阻接负载接偏置和输入信号射频通信电路信息工程学院测试1、某超外差接收机的中频为465kHz，当接收550kHz的信号时，还收到1480kHz的干扰信号，此干扰为（）A．干扰哨声B．中频干扰C．镜像干扰D．交调干扰2、MC1596集成模拟乘法器不可以用作（）A．混频B．振幅调制C．调幅波的解调D．频率调制镜像频率干扰2mLOisifffffmfLOfsf射频通信电路信息工程学院3、以下几种混频器电路中，输出信号频谱最纯净的是（）A．二极管混频器B．三极管混频器C．模拟乘法器混频器4、下图所示框图能实现何种功能？（）其中us(t)=UscosωstcosΩt，uL(t)=ULcosωLtA．振幅调制B．调幅波的解调C．混频D．鉴频带通滤波器)(tuS)(tuL)(tuo0p0sp干扰频率输出电流频谱：0sp（p=1，3，5…）电流频谱：0(1,....pp2,3,4）0(135....spp，，）射频通信电路信息工程学院测试5、超外差接收机的中频为465kHz，当接收931kHz的信号时，还收到1kHz的干扰信号，此干扰为（）A．干扰哨声B．中频干扰C．镜像干扰D．交调干扰6、超外差接收机的中频为465kHz，当接收1480kHz的电台播音时，还收到740kHz的强电台播音，此干扰为（）A．干扰哨声B．中频干扰C．镜像干扰D．寄生通道干扰2mLifff2sLifffF射频通信电路信息工程学院测试7、混频电路又称变频电路，在变频过程中以下正确叙述是（）A．信号的频谱结构发生变化B．信号的调制类型发生变化C．信号的载频发生变化