有源混频器AD831的原理、性能特点及应用分析

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威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 等组成，主要用于HF和VHF接收机中射频到中频的频率转换等场合。AD831采用双差分模拟乘法器混频威廉希尔官方网站 ，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200MHz。AD831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威廉希尔官方网站 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。

表1 AD831的引脚功能说明

2 工作原理

2.1 混频原理

图2所示是AD831的内部威廉希尔官方网站 框图。图中，频频输入信号加到晶体管Q1、Q2的基极，由于电阻R1、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。-10dBm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，则可降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45mA。2.3 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14Ω，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82pF。

2.4 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50Ω的负载上提供高达1V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（OUT）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VFB。

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；一路送往频率测量威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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 下混频威廉希尔官方网站

图4是AD831用于下混频工作时的典型威廉希尔官方网站 。其电源电压应在±4.5～～±5.5V的范围内。图中用C1、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。

3.2 上混频威廉希尔官方网站

图5为AD831上混频器的应用威廉希尔官方网站 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，威廉希尔官方网站 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，此时威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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，经改进威廉希尔官方网站 板布局重新布线后有一定改善，并将AD831及外围威廉希尔官方网站 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、精心布局威廉希尔官方网站 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的外围威廉希尔官方网站 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。