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标题: 乘法器与调制器 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2015-3-28 23:00 标题: 乘法器与调制器

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关键字：乘法器调制器

虽然许多有关调制的描述都将其描绘成一种乘法过程，但实际情况更为复杂。
首先，为清晰起见，若信号Acos(ωt)和未调制的载波cos(ωt)施加于理想乘法器的两路输入，则我们将得到一个调制器。这是因为两个周期波形Ascos(ωst)和Accos(ωct)施加于乘法器(为便于分析，假定比例因子为1 V)输入端，产生的输出为：

若载波Accos(ωct)幅度为1 V (Ac = 1)，则该式进一步简化为：

但在大多数情况下，调制器是执行此功能更好的电路。调制器(用来改变频率的时候也称为混频器)与乘法器密切相关。乘法器的输出是其输入的瞬时积。调制器的输出是该调制器其中一路输入的信号(称为信号输入)和另一路输入的信号符号(称为载波输入)的瞬时积。图1显示了调制函数的两种建模方法：作为放大器使用，通过载波输入上的比较器输出切换正增益和负增益；或者作为乘法器使用，并在其载波输入和其中一个端口之间放置一个高增益限幅放大器。两种架构都可用来形成调制器，但开关放大器架构(用于AD630平衡调制器中)运行较慢。大多数高速IC调制器含有一个跨导线性乘法器(基于吉尔伯特单元)，并在载波路径上有一个限幅放大器，用来过驱其中一路输入。该限幅放大器可能具有高增益，允许低电平载波输入——或者具有低增益和干净的限幅特性，从而要求相对较大的载波输入以正常工作。

图1. 调制函数的两种建模方法

出于某些原因，我们使用调制器而非乘法器。乘法器的两个端口均为线性，因此载波输入的任何噪声或调制信号都会与信号输入相乘，降低输出；同时，大多数情况下可忽略调制器载波输入的幅度变动。二阶特性会导致载波输入的幅度噪声影响输出，但最好的调制器都会尽可能减少这种影响，因此不纳入本文的讨论范围。简单的调制器模型使用由载波驱动的开关。(理想)开路开关具有无限大的电阻和零热噪声电流，且(理想)闭路开关具有零电阻和零热噪声电压；因此，虽然调制器的开关并非理想，但相比乘法器而言，调制器依然具有较低的内部噪声。另外，比起乘法器，设计与制造类似的高性能、高频率调制器也更为简便。

若信号频带( f

至f

)位于奈奎斯特频带(直流至f

/2)内，则截止频率高于2f

的LPF将使调制器具有与乘法器相同的输出频谱。若信号频率高于奈奎斯特频率，则情况更复杂。

图5显示信号频带正好低于fc时将发生的情况。依然有可能分离谐波项和基波项，但此时需使用具有陡峭滚降特性的LPF。

图6显示由于fc位于信号通带内，谐波项叠加(3fc - f1) < ( fc + f1)，因此基波项不再能够通过LPF与谐波项分离。所需信号此时必须通过带通滤波器(BPF)进行选择。

所以，虽然调制器在大部分变频应用中优于线性乘法器，但设计实际系统时必须考虑到它们的谐波项。

图5. 信号大于fc/2时的输出频谱

图6. 信号超过fc时的输出频谱

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