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美國ADI公司模擬乘法器AD834的原理與應(yīng)用

發(fā)布時間:2010-9-18 16:50    發(fā)布者:techshare
關(guān)鍵詞: AD834 , ADI , 模擬乘法器
1.AD834的主要特性  

AD834是美國ADI公司推出的寬頻帶、四象限、高性能乘法器,其主要特性如下:
  • 帶符號差分輸入方式,輸出按四象限乘法結(jié)果表示;輸出端為集電極開路差分電流結(jié)構(gòu),可以保證寬頻率響應(yīng)特性;當(dāng)兩輸入X=Y=±1V時,輸出電流為±4mA;
  • 頻率響應(yīng)范圍為DC~500MHz;
  • 乘方計算誤差小于0.5%;
  • 工作穩(wěn)定,受溫度、電源電壓波動的影響小;
  • 低失真,在輸入為0dB時,失真小于0.05%;
  • 低功耗,在±5V供電條件下,功耗為280mW;
  • 對直通信號的衰減大于65dB;
  • 采用8腳DIP和SOIC封裝形式。

2.AD834的工作原理



AD834的引腳排列如圖1所示。它有三個差分信號端口:電壓輸入端口X=X1-X2和Y=Y1-Y2,電流輸出端口W=W1-W2;W1、W2的靜態(tài)電流均為8.5mA。

在芯片內(nèi)部,輸入電壓先轉(zhuǎn)換為差分電流(V-I轉(zhuǎn)換電阻約為280Ω),目的是降低噪聲和漂移;然而,輸入電壓較低時將導(dǎo)致V-I轉(zhuǎn)換線性度變差,為此芯片內(nèi)含失真校正電路,以改善小信號V-I轉(zhuǎn)換時的線性特性。電流放大器用于對乘法運算電路輸出的電流進行放大,然后以差分電流形式輸出。

AD834的傳遞函數(shù)為:

W=4XY (X、Y的單位為伏特,W的單位為mA)

3.應(yīng)用考慮

3.1 輸入端連接

盡管AD834的輸入電阻較高(20kΩ),但輸入端仍有45μA的偏置電流。當(dāng)輸入采用單端方式時,假如信號源的內(nèi)阻為50Ω,就會在輸入端產(chǎn)生1.125mV的失調(diào)電壓。為消除該失調(diào)電壓,可在另一輸入端到地之間接一個與信號源內(nèi)阻等值的電阻,或加一個大小、極性可調(diào)的直流電壓,以使差分輸入端的靜態(tài)電壓相等;此外,在單端輸入方式下,最好使用遠離輸出端的X2、Y1作為輸入端,以減小輸入直接耦合到輸出的直通分量。

應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)輸入差分電壓超過AD834的限幅電平(±1.3V)時,系統(tǒng)將會出現(xiàn)較大的失真。

3.2 輸出端連接

采用差分輸出,可有效地抑制輸入直接耦合到輸出的直通分量。差分輸出端的耦合方式,可用RC耦合到下一級運算放大器,進而轉(zhuǎn)換為單端輸出,也可用初級帶中心抽頭的變壓器將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出。

3.3 電源的連接

AD834的電源電壓允許范圍為±4V~±9V,一般采用±5V。要求VW1和VW2的靜態(tài)電壓略高于引腳+VS上的電壓,也就是+VS引腳上的電去耦電阻RS應(yīng)大于W1和W2上的集電極負載電阻RW1、RW2。例如,RS為62Ω,RW1和RW2可選為49.9Ω,而+V=4.4V,VW1=VW2=4.6V,乘法器的滿量程輸出為±400mV。



引腳-VS到負電源之間應(yīng)串接一個小電阻,以消除引腳電感以及去耦電容可能產(chǎn)生的寄生振蕩;較大的電阻對抑制寄生振蕩有利,但也會使VW1和VW2的靜態(tài)工作電壓降低;該電阻也可用高頻電感來代替。



4.應(yīng)用實例

AD834主要用于高頻信號的運算與處理,如寬帶調(diào)制、功率測量、真有效值測量、倍頻等。在某航空通信設(shè)備擴頻終端機(如圖2所示)的研制中,筆者應(yīng)用AD834設(shè)計了擴頻信號調(diào)制器和擴頻信號接收AGC電路。

4.1 擴頻調(diào)制器

擴頻調(diào)制器在頻率為2MHz偽隨機碼的調(diào)制下,將70MHz晶體振蕩器輸出的信號變換為帶寬為4MHz的70MHz擴頻信號,然后送到發(fā)射機變頻與高頻功放電路,形成發(fā)射信號。采用AD834構(gòu)成的擴頻調(diào)制器電路如圖3所示,實質(zhì)上它是一個PSK調(diào)制器,調(diào)制碼信號(TTL電平)經(jīng)RC耦合、分壓后轉(zhuǎn)換成±1V的雙極性非歸零碼,加到X2輸入端,X1經(jīng)C16交流接地,R15作為控制失調(diào)電壓的平衡電阻;臥式晶振輸出的70MHz信號以C20、R19耦合到Y(jié)1輸入端,Y2經(jīng)C19交流接地,R16是輸入端平衡電阻;AD834的差分輸出信號經(jīng)電容C22、C32耦合到中心頻率為70MHz、帶寬為4MHz的聲表面波濾波器濾波(本級插入損耗為12dB),然后加到MAX4178的緩沖輸出級(本級電壓放大倍數(shù)為1)。70MHz擴頻輸出信號中心頻率的穩(wěn)定度取決于晶振的頻率穩(wěn)定度,信號帶寬取決于調(diào)制碼的頻率。該調(diào)制器電路的最終輸出信號幅度為40mV。



4.2 AGC電路

本通信設(shè)備要求AGC的控制深度達70dB。AGC電路對70MHz中放輸出的信號取樣,然后輸出射頻AGC電壓和中頻AGC電壓,分別用于控制接收機高放和二中放的增益,以適應(yīng)天線輸入0.5μV~0.5V的動態(tài)范圍。由AD834構(gòu)成的AGC電路如圖4所示。中頻信號經(jīng)C1、R1耦合到AD834的X2和Y1輸入端,相乘后獲得的直流分量經(jīng)RC濾波后即是AGC電壓;由NE5532(雙運放)組成的有源濾波器,對AGC電壓進行適當(dāng)?shù)姆糯笈c電平移動,其中A2∶B運放采用單端輸入,設(shè)計的AGC電壓放大倍數(shù)為100,以形成中放所需的中頻AGC電壓(動態(tài)范圍為5.5~5V); A2:A運放采用差動輸入, 電壓放大倍數(shù)設(shè)計為130,以形成高放所需的射頻AGC電壓(動態(tài)范圍為5.5~4V)。電路中,電位器P1和P2分別用于調(diào)整射頻AGC和中頻AGC的靜態(tài)電壓,無信號輸入條件下,射頻AGC電壓應(yīng)為5.5V,中頻AGC電壓應(yīng)為5.0V,此時接收機增益最大;隨著中頻輸入信號的增強,射頻AGC電壓降低,中頻AGC電壓升高(因中放為反向型AGC控制),接收機增益逐漸降低。

需要注意的是,AD834應(yīng)用于高頻電路時,電源需要良好的去耦濾波,濾波電容應(yīng)采用高頻瓷片電容,電容應(yīng)緊靠芯片的電源引腳;電路板布局時,高頻輸入與輸出線之間應(yīng)盡量分離;電路布線應(yīng)盡量短;并應(yīng)良好接地。
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