基于模拟乘法器MC1496的混频器设计解读

1、 基于模拟乘法器 MC1496 的混频器设计 摘要摘要 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。 关键词关键词：MATLAB,模拟乘法器，混频电路 DESING OF MIX

3、ER BASED ON THE ANALOG MULTIPLIER MC1496 Abstract After 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 bilater

4、al balance, 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 mul

5、tiplication, 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 a

6、nd uy positive 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 sig

7、nals of a is 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, na

8、mely the original 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 origin

9、al carrier frequency 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 circuit 1.绪论绪论 混

10、频技术在高频电子线路和无线电技术中应用的相当广泛。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

11、得调整方便，放大量、选择性主要由中频部分决定，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，

12、其原理框图如图 1。 图图 1 混频器原理框图混频器原理框图 混频电路的输入是载频为 fo 的高频已调波信号 u(t)和频率为 fL 的本地正弦波信号s（标为本振信号）u(t)，输出是中频为 f 的已调波信号 u(t)，通常取 f=f-f。 CIILLI 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。 图图 2（a）混频前（）混频前（b）混频后）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

13、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、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、

14、V4 组成双差分放大器 V5、V6 等组成多路电 R5 和 R3、V9、R2、V8、R1、V4; V7V1 组成的单差分放大器用以激励流源电路;V7、R5、R1 为电流源的基准电路;V8、V9 分别供给 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。 图图 3 MC1496 内

15、部电路内部电路 图图 4 MC1496 引脚排列引脚排列 图图 5 模拟乘法器电路符号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 调幅信号的表达式为则乘法器输出的 DSB 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 c 且低于频率 c 的信号，频率从零HL到 c 以及频率从 c 到无穷大均为阻带。 HL 3.电路仿真及代码 3.1 电路图 由 Multisim11 程序得到仿真

16、电路图如图 6。 图图 6 混频电路混频电路 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 %载波信号频率 f0=106 ; w0=2*f0*pi; m=0.3; %调制度 % 调制信号频率 f1=2000; w1=2*pi*f1; U1=0.2; Uam=U0*(1+m*cos(w1).*t).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 % 本振信号频率 f2=1456000; w2=2*pi*f2; U2=0.2; % 本振信号电压 u3=U2*cos(w2).*t

17、); 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=1 w3=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; );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

18、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=918 时，fL=918+456=1383 ,2fc- fL =1836-1383=453 ,F=456-453=12 在

19、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，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 fI 4.3.5.2 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