开关混频器的原理及实现

2017-12-11 15:12:38 来源:AET
分享到:
标签:
 
详细推导了开关混频的数学过程,并在此基础上给出了其具体实现方式。理论和实践表明,基于模拟开关的混频方式可以克服传统非线性元件或者乘法器混频方式的缺陷,消除本振信号的影响,最大限度地保留输入信号的参数信息。
 
0引言
*基金项目:国家自然科学基金项目(11602300)
通常混频采用非线性元件或者专用的乘法器来实现,这种混频方式不可避免地会在输出信号中引入本振信号的幅度和相位信息,这往往是所不希望的。并且不论非线性元件或者专用的乘法器都会产生很多干扰和失真,包括干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、互相调制失真,这些均会对接收机性能产生不良影响。开关混频方式可以有效抑制以上因素的影响。
 
1混频原理
混频电路也叫变频电路(Mixer, Convertor),是超外差接收机的重要组成部分,它可实现不失真的频谱搬移[1]。
 
通常实现混频可以采用多种方式,最常用的是相乘电路,它可以采用非线性器件或者专用的集成电路乘法器来实现。假设乘法器的两个输入信号分别为:
 
v1=Acos(ω1t+φ1),v2=Acos(ω2t+φ2),
 
则其输出为:
 
vo=AB2{cos [(ω1+ω2)t+(φ1+φ2)]+cos[(ω1-ω2)t+(φ1-φ2)](1)
 
对于接收机来说,通常只关心信号的低频分量,因此可通过一级低通滤波器取其低频分量[2],则其输出可写为:
 
vo=AB2cos[(ω1-ω2)t+(φ1-φ2)](2)
 
显然乘法器输出信号幅值、相位和频率与两个输入信号均相关。
 
而对于接收机来说,只关心接收的回波信号参数变化对接收机输出的影响,而不希望过多引入本振信号的参数。同时由于乘法器属于非线性器件,因此会产生很多干扰和失真,包括干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、互相调制失真等,而且当输入信号幅值增大时,由于幅度相乘的作用,输出信号很有可能会出现限幅,因而发生失真[3]。这些因素都会极大地影响接收机的性能,因此乘法器并不是实现接收机混频电路的最佳选择。开关混频可以有效克服模拟乘法器缺陷。
 
2开关混频原理
同样假设输入信号和本振信号分别为:
 
v1=Acos(ω1t+φ1),
 
v2=Acos(ω2t+φ2),
 
现在取与v2同频的方波信号v′2则有:
 
 
将其展开成傅里叶级数可得:
 
 
显然v′2是以ω2为基波的多次谐波的集合[4],因此同样可以采用v1与v′2混频,然后取其基波的方式获得v1与v2混频的结果。
 
于是信号v1和方波信号v′2的混频可以写成:
 
 
则经过低通滤波器,滤除和频以及差频高次谐波可得:
 
 
由式(6)可以看出,混频后的最终结果是幅值和相位都只和输入信号有关,频率为输入信号与本振信号差值的信号。显然以这样的方式混频可以最大程度保持信号的原始信息,而尽量减小本振信号的影响。
 
3开关混频器实现
基于以上的开关混频原理,v1与v′2混频可表示为:
 
@T3VI}N_7@(07]N1}R8`(AH.png
 
由式(7)可以看出,v1与v′2混频相当于在v′2的正电平期间输出v1,在v′2的负电平期间输出-v1,因此可以采用模拟开关来实现混频[5]。具体实现方法如图1所示。
 
 
 
输入信号v1分成两路,一路为v1,另一路为-v1,分别输入两个模拟开关,模拟开关的通断受信号v′2控制,正电平时上面的模拟开关导通,相应地输出v1,负电平时下面的模拟开关导通,相应地输出-v1,显然这样的结果与式(7)吻合。如此就实现了v1与方波信号v′2的乘法,完成了信号混频。显然这种方式输出信号幅度和相位只取决于输入信号v1,而与方波信号v′2无关。其波形如图2所示。
 
 
混频后的输出结果含有高次谐波,因此需要后续采用低通滤波处理才能得到v1与v2的差频信号。
 
4结论
由以上分析可知,开关混频同样也可以实现两信号乘法,并且输出信号的相位和幅度仅和输入信号相关,而与本振信号无关,因此更加有利于后续电路对输入信号的检测以及相关参数的识别处理。
 
对于多路输入的接收机系统来说,开关混频方式更加有利于消除由于本振信号的不一致而引入的参数畸变,提高接收机对有效目标信号的识别处理能力。
 
 
 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
为什么通讯机房设备经常烧毁?
为什么通讯机房设备经常烧毁?

计算机时代的发展,数据存储也不断进步,从早期的软盘到光盘,从光盘到U盘,从U盘到现在的云盘,使存储发生了质的变化,但你是否考虑过那些安装云盘的机房是否安全呢!

用于汽车应用的Vishay首颗通过AEC-Q100认证的模拟开关提高信号完整性和带宽
用于汽车应用的Vishay首颗通过AEC-Q100认证的模拟开关提高信号完整性和带宽

日前,Vishay宣布,推出新的通过AEC-Q100(Grade 1)认证的双路DPDT/四路SPDT模拟开关---DGQ2788A,开关在2.7V下电阻为0.37Ω,带宽338MHz,采用小尺寸2.6mm x 1.8mm x 0.55mm

Vishay推出新款双路单刀双掷/四路单刀双掷模拟开关---DG2788A
Vishay推出新款双路单刀双掷/四路单刀双掷模拟开关---DG2788A

2017 年 5 月17 日 — 日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,推出新款双路单刀双掷/四路单刀双掷模拟开关---DG2788A。

深挖有源滤波和无源滤波的区别

滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。谐波治理首先要控制好谐波产生的源头,其次我们还要通过增加滤波装置进行谐波的消除。如何正确选择有效的谐波质量方案非常关键。

Vishay宣布升级模拟开关产品的制造工艺,显著提高器件的性能和寿命

日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,将多个Vishay Siliconix模拟开关产品升级到了新工艺,大幅提升了器件性能和寿命。

更多资讯
低功率有源混频器提供7GHz带宽和20dBm OIP3
低功率有源混频器提供7GHz带宽和20dBm OIP3

Analog Devices, Inc. (ADI) 宣布推出推出低功率、高性能有源双平衡混频器 LTC5562,其能在 30MHz 到 7GHz 的非常宽频率范围上实现 50Ω 匹配。该多功能混频器可用于上变频或下变频应用,具有出色的 2dB 转换增益。该器件采用 3.3V 单电源供电,标称工作电流为 40mA。

基于边界扫描原理的结构性可测性设计在大规模数字系统硬件设计中的实现方法
基于边界扫描原理的结构性可测性设计在大规模数字系统硬件设计中的实现方法

为满足大规模数字电路系统测试、故障诊断的需要,可测性(DFT)设计已成为大规模数字电路系统设计中不可或缺的重要组成部分。

三种典型的基于AMS1117稳压IC的5v转3.3v电路
三种典型的基于AMS1117稳压IC的5v转3.3v电路

ASM1117的工作原理和普通的78系列线性稳压器或LM317线性稳压器相同,所有的线性稳压器都是通过对输出电压采样,然后反馈到调节电路去调节输出级调整管的阻抗,当输出电压偏低时,就调节输出级的阻抗变小从而减小调整管的压降,当输出电压偏高时,就调节输出级的阻抗变大从而增大调整管的压降,这样就维持了输出电压的稳定。

不用还的债务,福州给京东方63 亿做债务豁免

2018年1月16日,京东方A(SZ:000725)对外发布了《关于获得债务豁免的公告》,内容显示近日与福州城投京东方投资有限公司、福州城建投资集团、福州市人民政府签署了《福州第8.5代新型半导体显示器件生产线项目投资框架协议之债务豁免协议》,豁免公司用于项目建设的贷款合计63亿元。

用现代LTSpice热敏电阻器动态模型解决老式模拟温控电路问题三
用现代LTSpice热敏电阻器动态模型解决老式模拟温控电路问题三

Alain Stas现任Vishay非线性电阻器产品营销工程师,此前曾在布鲁塞尔自由大学(ULB)研究生物化学过程的数学建模。Alain拥有布鲁塞尔自由大学土木工程物理学硕士学位,专业是固态电子学。

Moore8直播课堂