第10章_集成模擬乘法器在頻率變換電路中的應(yīng)用

1、 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用第第10章章 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用10.1 信息傳輸?shù)幕靖拍钚畔鬏數(shù)幕靖拍?0.2 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波10.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻10.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 模擬乘法器是典型的非線性器件,如圖10.1所示,假設(shè)作用于乘法器的兩個輸入信號電壓分別為)cos()cos(21coscos)()()(cos)(cos)(ttUUttuKututKutut

2、UtutUtuyxyxymxmyxyxyxoyymyxxmx 則乘法器輸出電壓為 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用ux(t)uy(t)uo(t)KXYXY 圖10.1 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(shè)備中。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.1 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(yīng)該包括信號源、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、接收設(shè)備、終

3、端等五部分,其方框圖如圖10.2所示。信號源發(fā)送設(shè)備傳輸信道接收設(shè)備終端 圖10.2 信息傳輸系統(tǒng)方框圖 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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)（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(shè)高頻載波信號表示為uC(t)=UcmcosCt,若用待傳輸?shù)?/p>

4、低頻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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 為什么要進行調(diào)制呢？其一是提高頻率以便于輻射。由

5、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)過程稱為鑒相。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用10.2 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波 10.2.1 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

6、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(shè)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10.3（a）所示。其電壓表達式為tUtumcos)(（10.1） 載波為一高頻等幅波,如圖10.3（b）所示,表達式為tUtuccmccos)(（10.2） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用uUmuctttUcm (1 ma)Ucm (1 ma)UcmuAM(a)(b)(c)OOO 圖10.3調(diào)幅波波形（a）調(diào)制信號;（b）高頻載波;（c）已調(diào)波 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 通常滿

7、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(yīng)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 （10.3） （10.4） 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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 其波形如圖10.3（c）所示。 正常情況下,ma1。圖10.3（c）所示調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)ma1,就要引起調(diào)幅失真。 從圖10.3(c)可以看出:調(diào)

8、幅波的包絡(luò)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(luò)相位相差180;調(diào)幅波的頻率就是載波的頻率。 ttmUttUtucacmcmAMcos)cos1 (cos)()(（10.5） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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10.4（a）所示,由于調(diào)幅波的包絡(luò)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10.4（b）所示。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用uuAMOO(a)(b)tt 圖10.4非正弦波調(diào)制的調(diào)幅波波形 （

9、a）調(diào)制信號; （b）已調(diào)波 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 2調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜 將式（10.5）展開,并利用三角函數(shù)關(guān)系,則得tUmtUmtUttmUuccmaccmaccmcacmAM)cos(21)cos(21coscos)cos1 ( 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用u幅度uc幅度uAM幅度cccc(a)(b)(c)OOO 圖10.5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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 從式（10.6）可以

10、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(guān);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(gòu)成單頻余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜,如圖10.5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) 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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

11、調(diào)波的帶寬為 BW=(c)(c)=2(10.7) 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。所占的頻帶寬度為 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 BW=(c+n)-(c-n)=2n (10.8) 其中n為調(diào)制信號的最高頻率。式(10.8)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10.6 復雜信號調(diào)制頻譜 集成模擬乘法器在頻

12、率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.2.2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（10.6）式可知,載波分量是不包含信息的,因此,為了提高設(shè)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(21coscostUmttUmuccmaccmaDSB其頻譜圖如圖10.7（c）所示。 )cos(21tUmccma 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 圖10.7 不同制式的調(diào)幅波頻譜Ou幅 度uDSB幅度uAM

13、幅度ccc(a)(b)(c)ccuSSB幅度c(d )OOO 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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（10.10） （10.11） 其頻譜圖如圖10.7（d）所示。由圖可以看出,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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率

14、變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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(shù)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（10.6）、（10.9）、（10.10）、（10.11）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10.8給出了用模擬乘法器MC1496實現(xiàn)一般調(diào)幅的 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 電路

15、,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（10.5）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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用UUmttmKUUttUUKUUtuUtKUtuUtKutumacacmcmcmmccmcocos)cos1 (cos)cos1 ()co

16、s(cos)()()(其中 （10.12） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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10.8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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用MC14968101423614512R651 R451 1 kRyRc3.9 kRc3.9 kRr2 kR92 k6 V12 V UCCR1R2RP10 k10 k47 kR751 uxuyR511 k12 V UEEuOC10.1

17、 FC210 FC30.1 FC60.1 FC40.1 FC50.1 FuCu2oI 圖10.8 MC1496型模擬乘法器調(diào)幅電路 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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10.8電路也可獲得抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號輸出。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.2.3 模擬乘法器檢波電

18、路模擬乘法器檢波電路 1. 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡(luò)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10.9包絡(luò)檢波原理圖(a)包絡(luò)檢波原理圖；(b)頻譜圖 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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(luò)檢波。其原理可由圖10.9（a）來表示,圖10.9(b)為檢波輸入、輸出頻譜圖。 圖10.9(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(yīng)管。電路種類也較多,下邊以二極管峰值包絡(luò)檢波器為例進行討論,電路如圖10.10(

19、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(gòu)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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 由圖10.10(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(guān),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

20、,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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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入信號包絡(luò)相同。此時,平均電壓uO包含直流及低頻分量,如圖10.10(c)所示,經(jīng)CL隔直后,將u耦合至RL上。如圖10.10(d)所示。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用uoRRLCLuuiuv(a)VC 集成模擬乘法器

21、在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用Auouui000tttuuoui包絡(luò)BCEF(b)(c)(d )D 圖10.10 包絡(luò)檢波原理及波形 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 2. 同步檢波同步檢波 由于DSB和SSB信號的包絡(luò)與調(diào)制信號不同,它們的包絡(luò)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(luò)檢波,而必須采用同步檢波,電路原理框圖如圖10.11(a)所示。 圖10.11(a)是為利用模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波電路原理框圖。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

22、（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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 稱為同步檢波。設(shè)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（10.13） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用低通濾波器KXYXYuiuruou(a)0uDSB幅度ccc

23、uSSB幅 度0ccur幅度0rc(b)0u幅度圖10.11同步檢波原理圖 (a)原理圖；(b)頻譜圖 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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（10.14） 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(（10.15） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬

24、乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量,即可獲得低頻信號輸出。 圖10.11(b)為頻譜圖。 由集成模擬乘法器構(gòu)成的實際同步檢波電路如圖10.12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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用MC15968101423614512(12 V) UCCuxuy0.1 F0.1 Fur51 0.1 F0.1 F1 k1 k1 k0.1 F680

25、3 k3 k0.005 F1 k0.005 F0.005 F47 FuR510 k0.1 Fui820 1.2 k 圖10.12 模擬乘法器MC1596組成的同步檢波電路 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻 10.3.1 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）。 10.3.2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

26、變化的大小與調(diào)制信號的強度成線性關(guān)系的已調(diào)信號。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 設(shè)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mfmmcmfcfcukttuktuktcoscos)()( (10.17) 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(10.18) 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 調(diào)頻波的波形如圖10.13所示,圖（a）為高頻載波信號波形,圖（b）為低

27、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)頻波的瞬時角頻率按 調(diào)頻信號: )(cos()(dttuktUtuftcmFM(10.19) 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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(chǔ)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

28、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(shè)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)()(（10.20）其中, kp為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用瞬時角頻率為 )coscos()sincos()(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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換

29、電路中的應(yīng)用 調(diào)相信號的波形如圖10.13(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(guān)系,因而二者是有密切聯(lián)系的。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.3.3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(jié)果也可產(chǎn)生調(diào)頻信號

30、。 在調(diào)頻電路中,常常利用變?nèi)荻O管與電感線圈構(gòu)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(gòu)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。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.3.4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10.14(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

31、映兩輸入信號變化的低頻電壓。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用低通濾波器uxuyuo(a)uoKXYXY(b)(c)uo0 uo0 220.5 圖10.14 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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 為了能夠正確地鑒別兩輸入信號相位的超前和滯后關(guān)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(10.

32、24) 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 由式（10.24）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10.14(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(10.25) 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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10.1

33、4(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(zhuǎn)換為電壓變化的過程。 從式(10.16)、(10.18)、(10.19)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(guān)系,而相位與電壓又是三角函數(shù)關(guān)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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 通過線性移相網(wǎng)絡(luò)把調(diào)頻信號的瞬時頻率變化轉(zhuǎn)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(luò)具有線性的相頻特性,鑒相器的輸出電壓就能正

34、確反映調(diào)頻信號的瞬時頻率變化。其原理框圖如圖10.15所示。 圖中的頻率相位變換網(wǎng)絡(luò),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(zhuǎn)換成瞬時相位變化,所以調(diào)頻信號經(jīng)過頻率相位變換網(wǎng)絡(luò)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 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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(luò)低通濾波器uxuyuFM(t)uo(t)鑒相器KXYXY 圖10.15 用模擬乘法器實現(xiàn)鑒頻功能的框圖 集成

35、模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 10.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 10.4.1 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LC諧振回路組成的。在這里,僅介紹由模擬乘法器實現(xiàn)混頻的原理,其原理框圖如圖10.16所示。 設(shè)輸入到混頻器的已調(diào)波為tUuttUuLLmLcmicoscoscos本地振蕩為 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用uo (t)帶通濾波器uo(t)uLuiKXYXY 圖10.16 由模擬乘法器實現(xiàn)混頻的原理框圖 集成模擬乘法器

36、在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用)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 （10.26） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 從（10.26）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。 10.4.2倍頻 倍

37、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10.17所示。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用)2cos1 (2cos)(cos)(222tUKtKUtutUtuimimoimiuo (t)高通濾波器uo(t)ui(t)KXYXY 圖10.17 用模擬乘法器實現(xiàn)二倍頻的原理圖（10.28） 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 經(jīng)高通濾波器選出二倍頻,可得tUKtuimo2cos2)(2(10.29) 倍頻

38、在電子系統(tǒng)及通信系統(tǒng)中均有廣泛的應(yīng)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。 10.4.3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(guān)系,即保持相位同步,因此稱為鎖相。 集成模擬乘法器在頻率集成模擬乘法器在頻率 變換電路中的應(yīng)用變換電路中的應(yīng)用 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10.18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10.18 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(