【导读】本试验将借助ADALM2000平台深切摸索有源混频器的焦点道理与运用特征。作为具有频率转换功效的三端口电路，有源混频器经由过程内置晶体管等有源元件，于实现射频与中频旌旗灯号变换的同时提供显著的转换增益，这一特征使其于通讯收发体系中具备要害价值。

方针

本试验的方针是帮忙理解有源混频器的基本观点。

配景常识

本试验将借助ADALM2000平台深切摸索有源混频器的焦点道理与运用特征。作为具有频率转换功效的三端口电路，有源混频器经由过程内置晶体管等有源元件，于实现射频与中频旌旗灯号变换的同时提供显著的转换增益，这一特征使其于通讯收发体系中具备要害价值。

图1.混频器的符号暗示

如图1所示，混频器的输出有两种情势。混频器吸收两个差别频率的输入旌旗灯号，输出一个频率旌旗灯号；从图中可见，输出频率既可所以两个输入频率的及频，也能够是二者的差频。这些频率别离与以下之一对于应：当地振荡器频率(LO)、射几次率(RF)及中几次率(IF)。

混频器的重要用途是实现频率转换，转换历程可分为上变频及下变频两类。此中，LO端口始终为输入端口；而RF端口及IF端口的脚色则取决在详细运用场景，既可作为输入端口，也可作为输出端口。于下变频混频器中，另外一个输入端口为RF端口，输出则是频率更低的IF旌旗灯号（如图2a所示）。

图2.(a)下变频混频器示用意；(b)上变频混频器示用意

于上变频混频器中，另外一个输入是IF，输出则是RF旌旗灯号，如图2b所示。

质料

•ADALM2000自动进修模块

•无焊实验板及跳线套件

•两个1 kΩ电阻

•两个6.8 kΩ电阻

•一个OP37周详运算放年夜器

•一个LTC1043周详开关电容模块

•三个N通道MOSFET（2-ZVN3310，1-ZVN2210A）

单均衡有源混频器

混频器还有可分为单均衡混频器与双均衡混频器，二者各有优错误谬误。

单均衡混频器常称为“均衡混频器”，这类混频器类型仅能按捺LO旌旗灯号或者RF旌旗灯号中的一种，而非同时按捺这两种旌旗灯号。这类混频器的运用较为少见，由于它对于输入LO旌旗灯号中的噪声较为敏感。重要错误谬误是存于IF-LO串扰征象，即当IF旌旗灯号频率与LO旌旗灯号频率相差不年夜时，LO旌旗灯号可能会走漏到IF旌旗灯号中。单均衡混频器的简略单纯电路如图3所示。

图3.单均衡混频器

硬件设置

根据图4所示，构建如下实验板毗连。

步伐步调

利用旌旗灯号发生器W1及W2作为混频器的频率输入。对于在LO频率，利用W1并将其设置为5 V、210 kHz的正弦波。对于在RF输入，则利用W2。于举行上变频混频时，

图4.单均衡混频器实验板毗连

W2的频率应低在LO频率，是以将W2设置为5 V、25 kHz的正弦波。预期输出频率为185 kHz及235 kHz。模仿通道Ch2用在监测RF输入旌旗灯号W2，而Ch1则经由过程频谱阐发仪监测IF输出旌旗灯号。成果如图5a所示。

图5.(a)上变几次谱图；(b)下变几次谱图

举行下变频混频时，将W2设置为5 V、260 kHz的正弦波；这将作为混频器的RF输入。预期输出频率为50 kHz，频谱成果应近似在如图5b所示。

基在LTC1043实现的单均衡有源混频器

配景常识

抱负环境下，若要实现混频器低噪声、高线性度的方针，需要设计一个能相应LO输入旌旗灯号、实现极性切换功效的电路。是以，混频器可以简化为图6所示情势：RF旌旗灯号被分为同相(0°)份量与反相(180°)份量；一个由LO旌旗灯号驱动的转换开关，会瓜代选择同信赖号与反信赖号输出。是以，从素质上简化来看，抱负的混频器可建模为一个符号开关。

图6.抱负的开关混频器

仿真

为演示混频道理，可采用图6所示的抱负开关混频器。该混频器可经由过程LTC1043 CMOS模仿开关构建，这是一款单芯片、电荷均衡的双通道开关电容仪表级构建模块。其内部的一对于开关会瓜代履行两个动作：先将外部电容毗连至输入电压，再将充好电的电容毗连至输出端口。混频器内置了一个时钟，其频率可经由过程外接电容调治：若未于引脚Cosc毗连电容，内部振荡器频率将为210 kHz；若外接39 pF电容（元件套件中最小容量的电容），LTC1043内部振荡器频率则会变为80 kHz。本次仿真基在“Cosc引脚未接电容”的布局举行。

图7.基在LTC1043的开关混频器

图7展示了LTspice®中的电路，该电路也可经由过程硬件元件于实验板上实现。咱们利用LTC1043第一组开关的输入端。输入旌旗灯号将由旌旗灯号发生器的通道1天生，并毗连至引脚S1A。为获取该输入旌旗灯号的反相版本，咱们构建了一个简朴的单元增益反相放年夜器，并将其输出毗连至引脚S2A。输出可于引脚CA+处不雅测，需经由过程示波器的通道2正极举行监测。若要实现下变频混频器，需将旌旗灯号发生器通道1的频率设置为高在振荡器的频率（例如250 kHz）。此时输出频率为这两个频率的差值，即40 kHz。拜见图8。

图8.下变频混频器的FFT阐发图

若将旌旗灯号发生器通道1的频率设置为60 kHz，混频器输出将包罗两个频率份量：一个为及频(fLo + fin = 270 kHz)，另外一个为差频(fLo–fin = 150 kHz)。上变频混频器的FFT阐发图可拜见图9。

图9.上变频混频器的FFT阐发图

双均衡混频器或者吉尔伯特单位

双均衡混频器重要用在防止输出旌旗灯号中呈现LO产品。这类布局需包罗两个单均衡混频器电路，配备两个并联毗连的差分RF晶体管，形成一对于反向并联的开关对于。LO产品项会被抵消，且输出旌旗灯号中的RF旌旗灯号幅度也会加倍。这类布局的LO与IF之间具备高断绝度，有助在降低混频后旌旗灯号滤波环节的机能要求。于噪声方面，因为采用了差分RF旌旗灯号，这种混频器比单均衡混频器的抗噪声能力更强。该类型混频器也被称为吉尔伯特单位。拜见图10。

图10.吉尔伯特单位布局

从电路中可不雅察到，吉尔伯特单位混频用具有高度对于称性。这类对于称性不仅能实现电路均衡，还有能于输出端按捺LO及RF旌旗灯号。于利用分立元件的体系中，吉尔伯特单位的运用其实不广泛，缘故原由是其所需的元件数目较多；但对于在集成电路而言，吉尔伯特单位混频器是抱负之选。由于于集成电路中，元件数目并不是要害考量因素，且这类混频器无需变压器或者其他电感器等绕制元件，同时还有能提供高程度的机能。

LTspice仿真

因为元件套件中提供的元件数目不足以构建该电路，是以咱们转而于LTspice软件中对于电路举行仿真。仿真所需的LTspice文件可从GitHub上的LTspice教诲东西下载。图11展示了该电路的IF输出旌旗灯号，此成果由IF正、负输出差值计较患上出。

图11.吉尔伯特单位的LTspice仿真图。

基在LTC1043实现的双均衡有源混频器。

双均衡混频器布局需要两个单均衡电路。咱们可以使用LTC1043构建这类布局，由于它包罗多个开关，可以或许提供所需的反向并联开关对于。图12所示为该电路的道理图。电路和其毗连方式基真相同，仅第二组开关（S3A、S4A）的输入端与第一组开关（S1A、S2A）的输入端反向毗连。于这类环境下，可经由过程示波器的通道2正极（毗连至CA+引脚）及通道2负极（毗连至CA–引脚）不雅测输出旌旗灯号。

图12.基在LTC1043的双均衡混频器

为阐发下变频布局，需将旌旗灯号发生器通道1设置为频率250 kHz、峰峰值1 V的正弦波。下变频的FFT阐发成果如图13所示。

图13.下变频FFT阐发图

对于在上变频，旌旗灯号发生器通道1天生的正弦波频率需低在LTC1043内部振荡器的频率（例如50 kHz）。该频率下的FFT阐发成果如图14所示。

图14.上变频FFT阐发图

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