模擬成乘法器在信號處理方面中的應用

1、第4章 模擬集成乘法器4.6 模擬集成乘法器模擬集成乘法器在信號處理方面中的應用在信號處理方面中的應用4.6.1 信息傳輸?shù)幕靖拍钚畔鬏數(shù)幕靖拍?.6.2 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波4.6.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻4.6.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路第4章 模擬集成乘法器 模擬乘法器是典型的非線性器件,如圖4.6.1所示,假設作用于乘法器的兩個輸入信號電壓分別為)cos()cos(21coscos)()()(cos)(cos)(ttuuttukututkutututututuyxyxymxmyxyxyxoyymyxxmx 則乘法器輸出電壓為 第4章 模擬集成乘法器u

2、x(t)uy(t)uo(t)kxyxy 圖4.6.1 模擬乘法器電路圖 可見,在乘法器的輸出信號中產(chǎn)生了新的頻率分量x+y、xy,說明乘法器具有頻率變換的作用。由于模擬乘法器性能優(yōu)良,被廣泛地運用于電子、通信設備中。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.1 信息傳輸?shù)幕靖拍钚畔鬏數(shù)幕靖拍?1信息的傳輸過程信息的傳輸過程 一個完整的信息傳輸系統(tǒng)應該包括信號源、發(fā)送設備、傳輸信道、接收設備、終端等五部分,其方框圖如圖4.6.2所示。信號源發(fā)送設備傳輸信道接收設備終端 圖4.6.2 信息傳輸系統(tǒng)方框圖 第4章 模擬集成乘法器 2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制就是一個信號（如光、高頻電磁波等）的某些參數(shù)

3、（如振幅、頻率、相位等）按照另一個欲傳輸?shù)男盘枺ㄈ缏曇?、圖像等）的特點變化的過程。即把要傳送的信號“附加”到高頻振蕩信號上去,然后由天線發(fā)射出去。高頻振蕩就是攜帶信息的“運載工具”,所以稱之為載波,而所要傳送的信號就稱為調(diào)制信號。按照被調(diào)制的高頻振蕩信號的參數(shù)不同,調(diào)制的方式也不同。設高頻載波信號表示為uc(t)=ucmcosct,若用待傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻載波的振幅ucm,使其振幅使其振幅隨著低頻信號的變化而 第4章 模擬集成乘法器 變化,則稱為振幅調(diào)制,簡稱調(diào)幅,用am表示;若用低頻信號去改變高頻信號的頻率c,使其頻率隨著低頻信號的變化而變化,則稱為頻率調(diào)制,簡稱調(diào)頻,用fm表示;若用

4、低頻信號去改變高頻信號的相位(ct),使其相位隨著低頻信號的變化而變化,則稱為相位調(diào)制,用pm表示。調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號所包含的信息,稱為已調(diào)信號,或稱為已調(diào)波。第4章 模擬集成乘法器 為什么要進行調(diào)制呢？其一是提高頻率以便于輻射。由于低頻信號傳不遠,遇到障礙物后衰減很大,若要直接發(fā)射,所需天線就必須很長,因此,必須借助于高頻電磁波將低頻信號輻射出去。其二是為了實現(xiàn)信道復用,避免各種信號之間的干擾。其三是為了改善系統(tǒng)性能,提高系統(tǒng)輸出的信噪比。 解調(diào)是調(diào)制的反過程,亦即把低頻調(diào)制信號從高頻已調(diào)信號中還原出來的過程。調(diào)幅波的解調(diào)過程稱為檢波;調(diào)頻波的解調(diào)過程稱為鑒頻;調(diào)相波的解調(diào)過程稱為鑒

5、相。 第4章 模擬集成乘法器4.6.2 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波 4.6.2.1 調(diào)幅信號的表示方式調(diào)幅信號的表示方式 1調(diào)幅信號的表達式及其波形調(diào)幅信號的表達式及其波形 如前所述,調(diào)幅就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅,使高頻載波的振幅按調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化,設調(diào)制信號為正弦波（正弦和余弦波形統(tǒng)稱為正弦波）,如圖4.6.3（a）所示。其電壓表達式為tutumcos)(（4.6.1） 載波為一高頻等幅波,如圖4.6.3（b）所示,表達式為tutuccmccos)(（4.6.2） 第4章 模擬集成乘法器uumuctttucm (1 ma)ucm (1 ma)ucmuam(a)(b)(c)ooo

6、圖4.6.3調(diào)幅波波形（a）調(diào)制信號;（b）高頻載波;（c）已調(diào)波第4章 模擬集成乘法器 通常滿足c,若用調(diào)制信號對載波進行調(diào)制,根據(jù)振幅調(diào)制的定義,在理想情況下,已調(diào)信號的振幅應隨調(diào)制信號線性變化,已調(diào)信號瞬時幅值為cmmacmcmaacmmammcmmuukuumtmutukutuutu)cos1 (cos)()( 其中 （4.6.3） （4.6.4） 式中,ma稱為調(diào)幅系數(shù),表示載波振幅受調(diào)制信號控制的程度;ka為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由此可得調(diào)幅信號的表達式為第4章 模擬集成乘法器 其波形如圖4.6.3（c）所示。 正常情況下,ma1。圖4.6.3（c）所示調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)ma1,

7、就要引起調(diào)幅失真。 從圖4.6.3(c)可以看出:調(diào)幅波的包絡信號振幅各峰值點的連線完全反映了調(diào)制信號的變化;調(diào)幅波的上下包絡相位相差180;調(diào)幅波的頻率就是載波的頻率。 ttmuttutucacmcmamcos)cos1 (cos)()(（4.6.5） 第4章 模擬集成乘法器 實際上所要傳送的信號不只是簡單的正弦波,而是一個復雜的波形,如圖4.6.4（a）所示,由于調(diào)幅波的包絡變化規(guī)律與低頻信號波形一致,因而可作出它的調(diào)幅波波形,如圖4.6.4（b）所示。第4章 模擬集成乘法器uuamoo(a)(b)tt 圖4.6.4非正弦波調(diào)制的調(diào)幅波波形 （a）調(diào)制信號; （b）已調(diào)波第4章 模擬集成乘

8、法器 2調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜 將式（4.6.5）展開,并利用三角函數(shù)關系,則得tumtumtuttmuuccmaccmaccmcacmam)cos(21)cos(21coscos)cos1 (第4章 模擬集成乘法器u幅度uc幅度uam幅度cccc(a)(b)(c)ooo 圖4.6.5單頻調(diào)制頻譜(a)調(diào)制信號頻譜;(b)載波頻譜;(c)已調(diào)波頻譜第4章 模擬集成乘法器 從式（4.6.6）可以看出,調(diào)幅波有三個頻率分量,它是由三個高頻正弦波疊加而成的。第一項的頻率分量是載波的頻率分量,它與調(diào)制信號無關;第二項的頻率等于載波頻率與調(diào)制信號頻率之和,叫做上邊頻;第三項的頻率等于載波頻率與調(diào)制信號

9、頻率之差,叫做下邊頻。調(diào)制信號的信息包含在上、下邊頻分量之內(nèi)。如果把這些頻率分量畫在頻率軸上,就構成單頻余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜,如圖4.6.5所示。這兩個邊頻分量c+及c-以載波c為中心對稱分布,兩個邊頻幅度相等并與調(diào)制信號幅度成正比,與載頻的相對位置決定于調(diào) 第4章 模擬集成乘法器 制信號的頻率,這說明上、下邊頻中包含著調(diào)制信號的幅度及頻率。已調(diào)波的帶寬為 bw=(c)(c)=2(4.6.7) 復雜信號的調(diào)制頻譜如圖10.6所示。由圖可以看出,調(diào)制后產(chǎn)生的上邊頻和下邊頻不再是一個,而是許多個頻率分量,但仍然是頻率分量的上、下邊頻幅度相等且成對出現(xiàn),上、下邊頻帶的頻譜分布相對載頻是對稱的。所占

10、的頻帶寬度為第4章 模擬集成乘法器 bw=(c+n)-(c-n)=2n (4.6.8) 其中n為調(diào)制信號的最高頻率。式(4.6.8)表明，多頻調(diào)幅時,調(diào)幅波所占有總的頻帶寬度為調(diào)制信號最高頻率的2倍。c1ouam幅度cucm2cmaumnc1cncn 圖4.6.6 復雜信號調(diào)制頻譜第4章 模擬集成乘法器 4.6.2.2模擬乘法器調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路 1不同的調(diào)幅制式不同的調(diào)幅制式 由（4.6.6）式可知,載波分量是不包含信息的,因此,為了提高設備的功率利用率,可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶信號,這叫做抑制載波雙邊帶調(diào)幅,用dsb（doublesideband）表示,其表達式為)cos(2

11、1coscostumttumuccmaccmadsb其頻譜圖如圖4.6.7（c）所示。 )cos(21tumccma第4章 模擬集成乘法器 圖4.6.7 不同制式的調(diào)幅波頻譜ou幅 度udsb幅度uam幅度ccc(a)(b)(c)ccussb幅度c(d )ooo第4章 模擬集成乘法器 由于兩個邊頻帶所含調(diào)制信息完全相同,從信號傳輸角度看,只要發(fā)送一個邊帶的信號即可,這種方式稱為單邊帶調(diào)制,用ssb（singlesideband）表示,其表達式為 tumutumuccmassbccmassb)cos(21)cos(21（4.6.10） （4.6.11） 其頻譜圖如圖4.6.7（d）所示。由圖可以

12、看出,只要將雙邊帶調(diào)幅信號抑制掉一個邊頻帶,就成為單邊帶調(diào)幅信號,由于ssb調(diào)制方式只發(fā)送一個邊帶,因而它不但 第4章 模擬集成乘法器 功率利用率高,而且它所占用頻帶近似為,比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅減小了一半,提高了波段利用率。 如果保留一個邊帶及載波對另一個邊帶進行部分抑制,稱為殘留單邊帶調(diào)制,用vsb(vestigialsideband)表示。在電視發(fā)射技術中,普遍采用了殘留單邊帶調(diào)幅制式。 2調(diào)幅電路調(diào)幅電路 由式（4.6.6）、（4.6.9）、（4.6.10）、（ 4.6.11）可以看出,調(diào)幅的過程實際上就是信號相乘的過程,因此,利用模擬乘法器就能實現(xiàn)振幅調(diào)制。 圖4.6.8給出了用模擬

13、乘法器mc1496實現(xiàn)一般調(diào)幅的第4章 模擬集成乘法器 電路,調(diào)制信號u(t)從芯片的1腳輸入,載波uc(t)由10腳輸入,已調(diào)信號由6腳輸出。在1、4之間接兩個10k電阻和一個47k的電位器,是為了靈活調(diào)節(jié)1、4之間的直流電壓。 由式（ 4.6.5）可知,只要在調(diào)制信號u(t)上附加直流電壓后,再與載波信號直接相乘,即可得到一般調(diào)幅信號。因此,只要調(diào)節(jié)rp,使1、4兩端直流電位不相等,這就給u(t)上疊加了一個直流電壓u。這時,圖中的輸出電壓為第4章 模擬集成乘法器uumttmkuuttuukuutuutkutuutkutumacacmcmcmmccmcocos)cos1 (cos)cos1

14、 ()cos(cos)()()(其中 （ 4.6.12） 第4章 模擬集成乘法器 可見,改變直流電壓的大小可以改變一般調(diào)幅信號的調(diào) 幅度。為了增加調(diào)節(jié)范圍,可將圖4.6.8中的r1、r2阻值由10k改為750。但u值不能小于um,否則將會產(chǎn)生過調(diào)幅現(xiàn)象。第4章 模擬集成乘法器mc14968101423614512r651 r451 1 kryrc3.9 krc3.9 krr2 kr92 k6 v12 v uccr1r2rp10 k10 k47 kr751 uxuyr511 k12 v ueeuoc10.1 fc210 fc30.1 fc60.1 fc40.1 fc50.1 fucu2oi 圖4

15、.6.8 mc1496型模擬乘法器調(diào)幅電路第4章 模擬集成乘法器 如果調(diào)節(jié)rp使1、4之間的直流電位相等,即1端子上只有調(diào)制信號u(t),就實現(xiàn)了u(t)與uc(t)的直接相乘,可得)cos()cos(21coscos)()()(ttukuttukututkutucccmcmccmcmco 可見,圖4.6.8電路也可獲得抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號輸出。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.2.3 模擬乘法器檢波電路模擬乘法器檢波電路 1. 包絡檢波包絡檢波 包絡檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡成正比的檢波方法。 非線性電路低通濾波器uiu(a)0ui幅度c(b)cc0u幅 度 圖4.6.

16、9包絡檢波原理圖(a)包絡檢波原理圖；(b)頻譜圖第4章 模擬集成乘法器 收音機中的檢波電路和電視接收機中的高頻檢波電路均采用包絡檢波。其原理可由圖4.6.9（a）來表示,圖4.6.9(b)為檢波輸入、輸出頻譜圖。 圖4.6.9(a)中的非線性器件可以是二極管,也可以是三極管或場效應管。電路種類也較多,下邊以二極管峰值包絡檢波器為例進行討論,電路如圖4.6.10(a)所示。 在圖中,ui為輸入的普通調(diào)幅信號,v為檢波二極管, r、c構成低通濾波器,要求c對高頻短路,而對低頻阻抗趨于無窮大。而cl為檢波器輸出端的耦合電容,其值較大。對于低頻信號而言,電容cl相當于短路。rl為下級電路的輸入電阻。

17、 第4章 模擬集成乘法器 由圖4.6.10(a)可見,加在二極管的正向電壓為 uv=uiuo,二極管導通與否,不僅與輸入電壓ui有關,還取決于輸出電壓uo。二極管導通時,電容充電,充電時間常數(shù)為rvc;二極管截止時,電容放電,放電時間常數(shù)為rc。由于二極管導通電阻很小,因而一般有rvcuo時,二極管導通,電容器充電,uo上升,如圖（b）中ab、cd、ef等上升段。 當uiuo時,二極管截止,電容通過電阻r放電,uo下降,如圖（b）中bc、de等下降段。 第4章 模擬集成乘法器 由分析可知,二極管兩端電壓uv在大部分時間里為負值,只在輸入電壓的每個高頻周期的峰值附近才導通,因此其輸出電壓波形與輸

18、入信號包絡相同。此時,平均電壓uo包含直流及低頻分量,如圖4.6.10(c)所示,經(jīng)cl隔直后,將u耦合至rl上。如圖4.6.10(d)所示。第4章 模擬集成乘法器uorrlcluuiuv(a)vc第4章 模擬集成乘法器auouui000tttuuoui包絡bcef(b)(c)(d )d 圖4.6.10 包絡檢波原理及波形 第4章 模擬集成乘法器 2. 同步檢波同步檢波 由于dsb和ssb信號的包絡與調(diào)制信號不同,它們的包絡并不真實地反映調(diào)制信號變化規(guī)律,因而不能用簡單的包絡檢波,而必須采用同步檢波,電路原理框圖如圖4.6.11(a)所示。 圖4.6.11(a)是為利用模擬乘法器構成的同步檢波

19、電路原理框圖。它有兩個輸入電壓,一個是調(diào)幅信號（可以是am、dsb和ssb信號）電壓ui;另一個是本地載波電壓ur（或稱恢復載波電壓）。為了能不失真地恢復原調(diào)制信號,本地載波和原調(diào)制端的載波必須保持同頻同相,所以第4章 模擬集成乘法器 稱為同步檢波。設輸入信號為抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號,即ttuucimicoscos同步信號ur=urmcosrt,要求r=c。因此可得乘法器輸出電壓uo為ttukutukuttutkuukuucrmimrmimrrmcimtio2coscos21cos21coscoscos（4.6.13） 第4章 模擬集成乘法器低通濾波器kxyxyuiuruou(a)0udsb

20、幅度cccussb幅 度0ccur幅度0rc(b)0u幅度圖4.6.11同步檢波原理圖 (a)原理圖；(b)頻譜圖第4章 模擬集成乘法器 式中, 項是解調(diào)所需要的原調(diào)制信號,而cos2ct項是高頻分量,用低通濾波器將其濾除掉，就可得到 tukurmimcos21tuuurmimcos21（4.6.14） 同樣,若輸入信號為單邊帶調(diào)幅信號, 信號,即ui=uimcos(c+)t,則乘法器的輸出電壓uo為tukutukuttukuukuucrmimrmimccrmimtio)2cos(21cos21cos)cos(（4.6.15） 第4章 模擬集成乘法器 經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量,即可獲得低頻信號

21、輸出。 圖4.6.11(b)為頻譜圖。 由集成模擬乘法器構成的實際同步檢波電路如圖4.6.12所示,圖中,模擬乘法器的型號為mc1596,普通調(diào)幅信號或雙邊帶調(diào)幅信號經(jīng)耦合電容后從y通道1、4腳輸入,同步信號ur從x通道8、10腳輸入,12腳單端輸出后經(jīng)rc型低通濾波器取出調(diào)制信號u。第4章 模擬集成乘法器mc15968101423614512(12 v) uccuxuy0.1 f0.1 fur51 0.1 f0.1 f1 k1 k1 k0.1 f680 3 k3 k0.005 f1 k0.005 f0.005 f47 fur510 k0.1 fui820 1.2 k 圖4.6.12 模擬乘法

22、器mc1596組成的同步檢波電路 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻 4.6.3.1 概述概述 用調(diào)制信號去控制載波的相位,使載波信號的相位隨調(diào)制信號的大小變化,則稱為相位調(diào)制,簡稱為調(diào)相（phasemodulation,簡寫為pm）。 4.6.3.2調(diào)頻與調(diào)相原理調(diào)頻與調(diào)相原理 1調(diào)頻信號調(diào)頻信號 調(diào)頻信號是高頻信號的振幅不變,而高頻信號的瞬 時頻率隨調(diào)制信號而變化,且瞬時頻率變化的大小與調(diào)制信號的強度成線性關系的已調(diào)信號。 第4章 模擬集成乘法器 設低頻調(diào)制信號u=umcost,高頻載波信號 uc(t)=ucmcosct,則已調(diào)波的角頻率為mfmmcmfc

23、fcukttuktuktcoscos)()( (4.6.17) kf為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù);c為未調(diào)制時載波的中心頻率；m為調(diào)頻波最大角頻偏。 瞬時相位:dttuktdttttfct)()()(00(4.6.18) 第4章 模擬集成乘法器 調(diào)頻波的波形如圖4.6.13所示,圖（a）為高頻載波信號波形,圖（b）為低頻調(diào)制信號u的波形,圖（c）為調(diào)頻波波形,圖（d）為調(diào)頻波的角頻率波形。 的波形,圖（c）為調(diào)頻波波形,圖（d）為調(diào)頻波的角頻率波形。 當u為波峰時,調(diào)頻波的瞬時角頻率為最大,等于（c+m）,調(diào)頻波波形最密;當u為波谷時,調(diào)頻波的瞬時角頻率為最小,等于（c-m）,調(diào)頻波波形最疏。調(diào)

24、頻波的瞬時角頻率按 調(diào)頻信號: )(cos()(dttuktutuftcmfm(4.6.19) 第4章 模擬集成乘法器 低頻信號變化規(guī)律而變化,由圖（d）可見,它是在載頻的基礎上疊加了受低頻調(diào)制信號控制的變化部分。 2調(diào)相信號調(diào)相信號 調(diào)相信號是高頻信號的振幅不變,而高頻信號的瞬時相位隨調(diào)制信號u（t）而變化的已調(diào)信號。 設高頻載波為uc(t)=ucmcosct,調(diào)制信號為 u(t)=um cost,則調(diào)相信號的瞬時相位為tukttukttmpcpccos)()(（ 4.6.20）其中, kp為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。 第4章 模擬集成乘法器瞬時角頻率為 )coscos()sincos()(

25、sin)()(tmtutuktutuuktukdttdtpccmmpccmpmmpmmpcpm信號最大角頻偏為 則調(diào)相信號的表達式為 其中,mp=kpum。 第4章 模擬集成乘法器 調(diào)相信號的波形如圖4.6.13(e)、(f)所示,其中,圖(e)為調(diào)相波波形、圖(f)為調(diào)相波的角頻率波形。 由上述分析可知:調(diào)頻與調(diào)相信號都是等幅信號,二者的頻率和相位都隨調(diào)制信號而變化,但二者的頻率和相位隨調(diào)制信號而變化的規(guī)律不同,由于頻率與相位是微積分關系,因而二者是有密切聯(lián)系的。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3.3調(diào)頻方法調(diào)頻方法 能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻的方法很多,歸納起來有兩種:直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用

26、調(diào)制信號直接控制載波的瞬時頻率,以產(chǎn)生調(diào)頻信號。間接調(diào)頻是先將調(diào)制信號進行積分,然后對載波進行調(diào)相,結果也可產(chǎn)生調(diào)頻信號。 在調(diào)頻電路中,常常利用變?nèi)荻O管與電感線圈構成的lc諧振回路進行調(diào)頻。隨著集成電路的發(fā)展,涌現(xiàn)出了各種由集成電路構成的調(diào)頻電路,例如:利用壓控振蕩器可以使輸出信號的頻率隨著輸入電壓的變化而變化,達到調(diào)頻的目的。利用555電路(一種集成電路)也可實現(xiàn)調(diào)頻。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3.4鑒相與鑒頻鑒相與鑒頻 1鑒相鑒相 調(diào)相信號的解調(diào)叫做相位檢波,簡稱鑒相。鑒相是將兩個信號的相位差變換成電壓的過程。圖4.6.14(a)是實現(xiàn)乘積型相位檢波的方框圖,圖中,相位不同的兩

27、個高頻信號電壓ux和uy分別加到乘法器的兩個輸入端,低通濾波器用來取出反映兩輸入信號變化的低頻電壓。 第4章 模擬集成乘法器低通濾波器uxuyuo(a)uokxyxy(b)(c)uo0 uo0 220.5 圖4.6.14 模擬乘法器的鑒相功能 (a)鑒相原理框圖；(b)正弦鑒相特性；(c)大信號工作狀態(tài)的鑒相特性第4章 模擬集成乘法器 為了能夠正確地鑒別兩輸入信號相位的超前和滯后關系,兩個輸入信號必須有/2的固定相差,即輸入信號為sin)2sin(21cos)sin(cos)sin(tukuttukuukuutuutuuymxmymxmyxoymyxmx(4.6.24) 第4章 模擬集成乘法器

28、 由式（ 4.6.24）可以看出,鑒相器輸出電壓與兩個高頻信號電壓的相位差的正弦成比例,即鑒相特性為正弦特性曲線,如圖4.6.14(b)所示。其線性鑒相范圍為/6,即當|/6時,sin，鑒相特性接近于直線。鑒相電路的線性鑒相范圍越寬越好。 經(jīng)低通濾波器后,可濾除高頻分量,則可得 ymxmomomymxmouukkuuuukku21sinsin21(4.6.25)第4章 模擬集成乘法器 如果乘法器輸入信號ux、uy均為大信號,經(jīng)分析可得鑒相特性呈三角形特性,如圖4.6.14(c)所示。 2鑒頻鑒頻 鑒頻是調(diào)頻信號的解調(diào)過程,也就是將輸入信號的頻率變化轉換為電壓變化的過程。 從式(4.6.16)、

29、(4.6.18)、(4.6.19)的調(diào)頻信號表達式來看,由于隨調(diào)制信號u(t)成線性變化的瞬時角頻率與相位是微分關系,而相位與電壓又是三角函數(shù)關系,因而要從調(diào)頻信號中提取與u(t)成正比的電壓信號很困難。通常采用間接方法來實現(xiàn),常用的方法是相位鑒頻,它是第4章 模擬集成乘法器 通過線性移相網(wǎng)絡把調(diào)頻信號的瞬時頻率變化轉化為瞬時相位變化,然后進行鑒相的過程。在一定條件下,只要移相網(wǎng)絡具有線性的相頻特性,鑒相器的輸出電壓就能正確反映調(diào)頻信號的瞬時頻率變化。其原理框圖如圖4.6.15所示。 圖中的頻率相位變換網(wǎng)絡,往往是由lc并聯(lián)諧振回路組成,它將調(diào)頻信號的瞬時頻率變化轉換成瞬時相位變化,所以調(diào)頻信

30、號經(jīng)過頻率相位變換網(wǎng)絡以后,就成為每一個頻率成分都附加一個相移的信號。這樣鑒相器兩輸入信號成為具有同一調(diào)頻規(guī)律而在不同頻率第4章 模擬集成乘法器 上具有不同相位差的信號。經(jīng)由模擬乘法器與低通濾波器所組成的鑒相器后,其輸出電壓就成為原低頻調(diào)制信號。頻率 -相位變換網(wǎng)絡低通濾波器uxuyufm(t)uo(t)鑒相器kxyxy 圖4.6.15 用模擬乘法器實現(xiàn)鑒頻功能的框圖 第4章 模擬集成乘法器4.6.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 4.6.4.1 混頻混頻 用非線性器件和模擬乘法器均能實現(xiàn)混頻。分立元件超外差式收音機中的混頻電路就是由晶體三極管及l(fā)c諧振回路組成的。在這里,僅介紹由

31、模擬乘法器實現(xiàn)混頻的原理,其原理框圖如圖4.6.16所示。 設輸入到混頻器的已調(diào)波為tuuttuullmlcmicoscoscos本地振蕩為 第4章 模擬集成乘法器uo (t)帶通濾波器uo(t)uluikxyxy 圖4.6.16 由模擬乘法器實現(xiàn)混頻的原理框圖 第4章 模擬集成乘法器)cos()cos(cos21coscoscos)(tttukutttukutuclcllmimlclmimo乘法器的輸出電壓為可利用帶通濾波器取出所需的邊帶,即可得到中頻信號電壓為 clolmimomoomcllmimoukuuttuttukutu,21coscos)cos(cos21)(其中 （4.6.26）

32、 第4章 模擬集成乘法器 從（4.6.26）式可看出,混頻后得到的中頻信號uo(t)與輸入信號ui相似,中頻信號所包含的信息沒變,只是載頻由原來的c變?yōu)閛。 4.6.4.2倍頻 倍頻電路輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數(shù)倍, 即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號頻譜搬移到更高的頻段。 能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻的電路很多,而由模擬乘法器實現(xiàn)倍頻的原理如圖4.6.17所示。 第4章 模擬集成乘法器)2cos1 (2cos)(cos)(222tuktkutututuimimoimiuo (t)高通濾波器uo(t)ui(t)kxyxy 圖4.6.17 用模擬乘法器實現(xiàn)二倍頻的原理圖（4.6.28） 第4章 模擬集成乘法器

33、 經(jīng)高通濾波器選出二倍頻,可得tuktuimo2cos2)(2(4.6.29) 倍頻在電子系統(tǒng)及通信系統(tǒng)中均有廣泛的應用，如利用倍頻器可以實現(xiàn)頻率合成;對振蕩器的輸出進行倍頻,可以得到更高的所需振蕩頻率,等等。 4.6.4.3鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路 鎖相環(huán)路(pll)是一種自動相位控制系統(tǒng),它能使受控振蕩器頻率和相位均與輸入信號保持確定的關系,即保持相位同步,因此稱為鎖相。第4章 模擬集成乘法器 1電路組成與工作原理電路組成與工作原理 鎖相環(huán)路的基本組成如圖4.6.18所示,它由鑒相器（pd）、環(huán)路濾波器（lf）和壓控振蕩器（vco）組成閉合環(huán)路。 圖4.6.18 鎖相環(huán)路基本組成框圖鑒相器(pd)環(huán)路濾波器(lf)壓控振蕩器(vco)輸入信號(參考信號)upd(t)uc(t)uo(t)ui(t)io輸出信