低失真有源混频器AD831的工作原理及应用.docx

低失真有源混频器AD831的工作原理及应用类别：无线通信作者：空军雷达学院杨加功石雄彭世蕤来源：《国外电子元器件摘要：AD831是美国AD公司生产的单片低失真混频器，它采用双差分模拟乘法 器混频电路文中介绍了 AD831的工作原理、内部电路、引脚排列及功能说明, 最后给出了 AD831在频踪式雷达本振中的应用电路关键词：混频器 射频 本振 中频AD831混频器在广播、通信、电视等外差式设备及频率合 成设备中具有广泛的应用，它是用来进行信号频率 变换并可保持调制性质不变的电路组件，其性能对 整个系统有着足轻得的作用AD831是AD公司生产 的低失真、宽动态范围的单片有源混频器，它输入 输出方式多样，使用灵活方便1 AD831的组成及主要特点AD831由混频器、限幅放大器、低噪声输出放大器 和偏置电路等组成，主要用于HF和VHF接收机中射VNAM31vrolJVNBIAs频到中频的频率转换等场合AD831米用双差分模 图］ ADS3J的引脚排列拟乘法器混频电路，具有+24dBm三阶交叉点，且三阶互调失真小，同时有+10dBm的1dB压缩点，线性动态范围大，神经质本振输入信号仅需 要-10dBm。

同无放大器的混频器相比，它不仅省去了对大功率本振驱动器的要求，而且避免 了由大功率本振带来的屏蔽、隔离等问题，因而大大降低了系统费用；AD831的本振和射频 输入频率可达到500MHz,中频输出方式有两种差分电流输出和单端电压输出，在采用差分 电流输出时，输出频率可达250MHz；采用单端电压输出时，输出频率大于200MHzAD831 既可用双电源供电也可以用单电源供电，双电源供电时所有端口均可采用直流耦合，因而可 由用户根据需要通过外围电路控制电源功耗AD831采用20脚PLCC封装，图1是AD831的 引脚排列图，表1是它的引脚功能说明引脚名称功能引脚名称功能1Vp正电源11LOP本振输入2IFN混频级电流输出12Vp正电源3AN输出放大器负输入 端13GND地4GND地14BIAS偏置输入5VN负电源15VN负电源6RFP射频输入16OUT输出放大器输出7RFN射频输入17VFB输出放大器反馈输 入8VN负电源18COM输出放器输出公共 端9Vp正电源19AP输出放大器正输入 端10LON本振输入20IFP混频级电流输出2工作原理2.1混频原理图2所示是AD831的内图3 基于DDS技术的频踪武雷达本振纽成框图 部电路框图。

图中，频频输入信号加到晶体管QI、Q2的基极，由于电阻Rl、R2的负反馈潮 作用，因而差分电流射频信号的幅度成线性关系o-lOdBm的本振输入信号经过一个高增益、 低噪声的限幅放大器转换成方波，而后交叉地加到Q3〜Q6的基极，最后混频信号从IFP和 IFN脚输出当将IFP、IFN连接到有中心抽头的变压器上时,AD831不可提供从射频到中频 的单路输出若使用输出放大器，贝I」可降IFP和IFN脚直接与AP和AN脚相连，这时，片内 的负载电阻可将输出电流转换成电压来驱动输出放大器2.2控制偏置电流AD831的射频输出的最大值与偏置电流成比例，在BIAS引脚与电源之间接一个电阻可使偏 置电流减小正常工作时可将BIAS脚悬空，而在低功耗工作时，可将BIAS脚直接连接到正 电源混频器工作电流的调节范围可从正常工作的100mA调整至最小功耗时的45mA2.3低 通滤波在混频和输出放大器之间可加入一个简单的低通滤波器，方法是在芯片的内部电阻性负载上 并联一个外接电容(芯片的内部电阻性负载为14Q，允许有20%的偏差)，这样在下混频应 用中将显著衰减本振信号和射频信号的和频成分该一阶低通滤波器的转折频率，应选择在 比下混频的IF输出高一个倍频程的位置。

例如，对70MHz中频输出而言，-3dB点可选在 140MHz附近，此时CF应为82pF2.4输出放大器的应用AD831的输出放大器可将混频的差分电流转换为单端电压输出形式,并可在50Q的负载上提 供高达IV的峰-峰值电压把AN和AP直接连接到混频级的集电极输出上，并将输出端(0UT) 接至VFB，这样可提供单增益改变增益时，可在放大器的输出端外接一个电阻网络R3、R4 并连接至VFBAD831下混頻应用电路3在频踪式雷达本振中的应用图3是基于直接数字频率合成技术（DDS）的某频踪式雷达的本振组成框图该系统应用了 两片AD831,分别用作下混频和上混频恒温晶振产生的频率稳定度达10 -9的100MHz信号，功率分配器分为四路：一路放大后作 DDS时钟;一路送往频率测量电路作为测频基准;一路则送至AD831与DDS的输出信号混频， 经滤波取上中频放大后作为本振信号本振信号同样经四功分器分为四路，其中两路作为雷 达的本振信号，一路用作检测，一路则送到另一片AD831与雷达发射机耦合来的射频信号进 行混频AD831输出的下中频信号经滤波后送到频率测量电路进行测频，以使单片机根据测 量结果改变DDS的输出频率从而实现频率跟踪，保证雷达中频信号频率的稳定。

3.1下混频电路图4是AD831用于下混频工作时的典型电路其电源电压应在±4.5〜〜±5.5V的范围内 图中用Cl、C2、L1组成高通滤波网络，以保证射频信号的输入；82pF的电容CF跨接在IFN、 IFP与Vp端作低通滤波器当本振频率低于100MHz时，其电平应在-20dBm以保证AD831 安全工作，而在本振频率高于100MHz时，是怦应为-10dBm在频踪式雷达本 振系统中可通过 调整图4中跨接 在 16、 17、 18 脚 的两个电阻R3、 R4的阻值来使中 频信号输入端得 到1V的峰峰值， 并值接经比较器 整形为TTL方波 后送往数字测频 系统进行频率测 量当本振频率 不变时，中频信 号的频率变化反 映了雷达发射信 号的频率变化， 而为了使接收机 中频频率的稳定， 此时只须根据测 量结果的调整本 振频率，即可实 现本振频率跟随 发射脉冲频率变化，以及保持中频信号频率稳定，还能很好地解决单级振荡式雷达发射机发 射频率漂移的问题100^^I* 1 1 冲 12 WAX436 4Z- ? “113.2上混频电路/Ri 50QI—-[TWhz ,丄 SaWFI KuI13MWZUOMHsi'Q 丽曲SAWF4Vp IFF时DVk175k QOUTVs+5V0, 1轴频雄号BIAS CND/16 八—二 11rrLONL.OP.V?图5 AD831 ±7g频电路图5为AD831上混频器的应用电路图。

将DDS的输出信号与来自晶振的100MHz信号分别输 入到AD831的RF端和LO端，这样可使DDS芯片产生的射频信号在6MHz〜38MHz之间可调， 并使相应的上混频输出信号在106MHz〜138MHz之间变化为抑制高次谐波，电路中采用了 声表面滤波器组，四个声表面滤波器的中心频率分别为108MHz、113MHz、120MHz和131MHz, 通频带分别为 106MHz〜110MHz、110MHz〜116MHz、116MHz〜124MHz 和 124MHz〜138MHz通 过由单片机控制的射频开关来选择滤波器，使在某一时刻的信号只通过与其频率相对应的滤 波器因声表面波滤波器的插入损耗较大（约18dB），所以对AD831的上混频输出信号要求很高， 再加上上混频输出频率也较高，因此，此时电路的上中频频率低于AD831采用单端电压输出 时的最大输出频率，仅靠AD831采用单端电压输出时的最大输出频率，仅靠AD831的片内输出放大器难以满足需要，于是笔者在图5电路中再外接一级放大，把AD831的IFN脚和IFP 脚分别接到外接放大器的妙手回相端和反相端，而未使用芯片内的输出放大器由于采用了 声表面滤波器进行滤波，所以，得到的输出信号频谱比较纯净。

图中，AD831其余各引脚的 连接可参考图4但AN、AP脚不可接地，而OUT、VFB和COM引脚则应接地3.3使用中应用注意的问题在使用AD831的过程中，曾出现其输出噪声较大时系统不能正常工作的情况，经改进电路板 布局重新布线后有一定改善，并将AD831及外围电路装入1mm厚铜板制作的屏蔽盒中，输入 输出全部采有SAM50接头，电源输入端均加入滤波网络，其结果是输出噪声显著降低，系统 工作稳定因此，合理选择元件、精心布局电路板、有效的电源去耦滤波及可靠的屏蔽对发 挥AD831的性能是十分重要的AD831的外围电路简单，动态范围大、失真小，且输出方式多，使用灵活方便，是性价比高 的混频器。