模擬乘法器ADL5391的原理與應(yīng)用

摘要：簡(jiǎn)單介紹了ADI公司推出的新一代高性能模擬乘法器ADL5391的主要特性和工作原理。給出了基于ADL5391的寬帶乘法器的典型應(yīng)用電路，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。最后設(shè)計(jì)了基于ADL5391的二倍頻電路，測(cè)試結(jié)果表明該二倍頻電路具有性能穩(wěn)定、工作頻帶寬、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ADL5391；模擬乘法器；寬帶乘法器；二倍頻電路

模擬乘法器是現(xiàn)代信號(hào)處理系統(tǒng)的重要組成單元，它廣泛應(yīng)用于鎖相環(huán)、混頻器、濾波器等信號(hào)處理電路中。ADL5391是美國(guó)ADI公司推出的寬頻帶、高性能、超對(duì)稱(chēng)的模擬乘法器。它具有2 GHz的可用帶寬，是此前所有模擬乘法器所無(wú)法相比的。同時(shí)，ADL5391也是目前速度最快的模擬乘法器芯片之一。它將所有電路集成于一塊芯片之中，使得ADL5391具有極高的速度。在文中的應(yīng)用實(shí)例中，設(shè)計(jì)了一種基于ADL5 391的二倍頻電路，可對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的二倍頻，電路性能穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于混頻、倍頻、脈沖調(diào)制等領(lǐng)域。

1 ADL5391的主要特性
ADL5391凝聚了ADI公司三十年的先進(jìn)模擬乘法器技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，其主要特性如下：
1)DC至2 GHz對(duì)稱(chēng)乘法器，傳遞函數(shù)為VW=αx(VXxVY)／1 V+Vz；
2)獨(dú)特的設(shè)計(jì)確保了X、Y的絕對(duì)對(duì)稱(chēng)，X、Y的幅度／時(shí)間響應(yīng)相同；
3)可調(diào)、不隨溫度而變化、增益調(diào)整為α；
4)完全差分輸入／輸出或單端操作；
5)低噪聲和高輸出線性度；
6)單電源供電：4．5～5．5 V，130 mA；
7)3x3 mm、16引腳小型LFCSP封裝。

2 ADL5391的工作原理
ADL5391的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，傳遞函數(shù)由下式給出：
W=aXY／U+Z (1)
其中：X和Y是被乘數(shù)；U是乘法器的比例因子；α是乘法器增益；W是乘法器的輸出；Z是一個(gè)求和輸入。所有的變量和比例因子單位都是伏特。

ADL5391最重大的改進(jìn)就是采用了新型乘法器內(nèi)核架構(gòu)，它與自1970年開(kāi)始使用的傳統(tǒng)架構(gòu)明顯不同。傳統(tǒng)的模擬乘法器(如AD835)幾乎完全由吉爾伯特單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或與其相近的電路實(shí)現(xiàn)。X和Y不對(duì)稱(chēng)的信號(hào)路徑造成了X和Y之間幅度和時(shí)延的不平衡，這在高頻時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在ADL5391中，新型的乘法器內(nèi)核提供了X和Y之間絕對(duì)的對(duì)稱(chēng)，盡量減小吉爾伯特單元中本身的差異。
ADL5391的功能結(jié)構(gòu)框圖展示了主乘法器單元和反饋乘法器單元，其中主乘法器用于接收X和Y輸入信號(hào)，反饋乘法器位于反饋路徑上，圍繞在積分緩沖區(qū)附近，它的輸入量是輸出信號(hào)與求和輸入信號(hào)之差(W-Z)，和內(nèi)部比例參考值。其中，反饋乘法器和主乘法器是相同的，由于該反饋乘法器基本上補(bǔ)償了主乘法器上產(chǎn)生的缺損，因此常見(jiàn)的噪聲、漂移或失真基本上被限制在了一階。

3 ADL5391的應(yīng)用實(shí)例
ADL5391主要運(yùn)用于高頻信號(hào)的運(yùn)算和處理，如寬帶的乘法和加法，高頻模擬調(diào)制，自適應(yīng)天線，平方律探測(cè)器，倍頻等。以下給出了基于ADL5391的寬帶乘法器電路，并且設(shè)計(jì)了基于該模擬乘法器的二倍頻電路，并對(duì)其分別進(jìn)行了性能測(cè)試。