通信电子电路课件第五章模拟相乘器

1、第五章 模拟相乘器 5.1 概 述 模拟相乘器（以下简称相乘器）是信号变换电路中通用性较强的非线性电路单元。目前已开发出的多种单片相乘器件或组件，已被广泛用于通信及控制系统，电气测量与医疗仪器等许多技术领域。其中，在通信系统中，应用更为广泛，如后面章节中将讲解的幅度调制与解调电路、调频与解调电路、倍频和混频电路等 第五章 模拟相乘器自80年代末期到90年代初期，随着集成工艺技术的发展，出现了一些高性能的模拟集成乘法器如超高频四象限乘法器AD834(500MHZ一lGH2)、超高精度宽带四象限乘法器AD734(BW40MHZ,总误差EO1)、平衡调制解调式乘法器AD630等。模拟乘法器被广泛应用

2、于模拟运算、通信与测控系统、电气测迢和医疗仪器等许多技术领域。它也是近代一些专用模拟集成系统中的重要单元。第五章 模拟相乘器在实现的方法上可以分为：霍尔效应法，1/4平方差法，三角波平均法，对数与反对数法和可变跨导法等基本方法；以及近年来出现的开关电容法等 。1. 模拟相乘器的基本概念第五章 模拟相乘器为了便于讨论，我们假设乘法器的输入信号分别为：vX和vY ，在理想情况下，输出信号为：上式表明，理想相乘器的输出电压瞬时值仅与两个输入电压在同一时刻的瞬时值的乘积成正比，除此以外不应再包含其它任何无用项；从频域的角度看，中只应包含两输入信号的和频和差频信号分量，如：第五章 模拟相乘器2、乘法器的

3、工作区域凡是能够适应两个输入电压四种极性组合的相乘器，称四象限相乘器 若只对一个输入电压能适应正、负极性，而对另一个输入电压只能适应一种极性，则为二象限相乘器 若对两个输入电压都只能适应一种极性，则称单象限相乘器。 第五章 模拟相乘器5.2 相乘器的基本性能参数设相乘器 的为参变量，则理想相乘器的输出将随 的变化而线性变化，即： 在上述特定条件下，非线性器件相乘器具有线性放大器特性。 第五章 模拟相乘器根据上述关系，可得到理想乘法器的传输特性理想传输特性实际传输特性第五章 模拟相乘器1、直流参数（1） 输入失调电压 理想相乘器在输入电压vx=vy=0时，输出电压v0=0，实际的乘法器vx=vy

4、=0时， v00。称为输出失调电压。（2）馈通误差 乘法器一端输入电压为零，另一端输入规定的幅度的正弦电压时，输出端出现的与正弦输入电压有关的交变电压。2、交流参数（1）小信号带宽：它指输出从其低频输出值下降3dB时相对应的频率范围。乘法器的一个输入端接入正（或负）满量程（即最大允许值）直流参考电压，而另一个输入端接入规定幅度的小信号正弦电压时，增益随输入信号工作频率的增加而降低到低于低频增益3dB时所对应的输入信号频率被定义为BW 第五章 模拟相乘器(2)、工作频率 ：指完成较理想相乘运算时，输入信号的频率（或变化范围） 。(3)、小信号1%矢量误差带宽： 是指相乘器一个输入端加上-10V直

5、流电压，而另一输入端加上1正弦信号，当信号频率增加到某一特定频率时，相乘器输出与输入信号之间的瞬时矢量误差为1%，或相位差为0.01弧度（0.570） 3. 瞬时参数 (1)、调整时间 在一输入端为-10V直流电压和另一输入端的输入电压在10V阶跃变化时，调整时间定义为输出电压达到稳态值规定误差范围内所需的时间。 第五章 模拟相乘器(2)、上升速率 上升速率是相乘器大信号动态特性。它是指相乘器输出电压的最大变化速率。 5.3 电压模集成模拟乘法器 其原理图如图5-3-1所示，此电路是吉尔伯特（B.Gilbert）60年代末期设计的，故又称吉尔伯特乘法器单元。(I0)5.3 电压模集成模拟乘法器

6、1、工作原理 图5-3-1所示电路由三个基本差动放大器组成。如设晶体管成对匹配，且，1， 1，由图5-3-1可以列出下面关系式，对于T1和T2。 5.3 电压模集成模拟乘法器因为同理5.3 电压模集成模拟乘法器可以得到同理5.3 电压模集成模拟乘法器输出电压为：当5.3 电压模集成模拟乘法器由上述对压控吉尔伯特核心单元电路的计算与分析可以看出，这种模拟相乘器与理想相乘器特性相差甚远，主要存在以下缺点：（1）输入动态范围较小，即只有vx与vy 幅度远小于 2VT时才具有理想相乘器特性，否则将会引入非线性误差。（2）式中的增益系数与温度密切相关，因此电路的温度稳定性较差。 5.3 电压模集成模拟乘法器一、在X通道引入负反馈，以使差动放大器的传输特性在较大的输入电压范围内近似为直线；二、在Y通道引入预失真网络，即在输入端和相乘器之间加入反双曲正切变换电路。这样，就使模拟相乘器的性能大大提高，发展成为通用型单片相乘器。 5.3 电压模集成模拟乘法器一、扩展X通道的动态范围(I0)5.3 电压模集成模拟乘法器由图可知：限制5.3 电压模集成模拟乘法器可以得到5.3