AD633模擬相乘功能設計與實現(xiàn)

李姣軍

（重慶理工大學電子信息與自動化學院，重慶 400050）

實驗技術與方法

AD633模擬相乘功能設計與實現(xiàn)

李姣軍

（重慶理工大學電子信息與自動化學院，重慶 400050）

針對高頻電子線路實驗教學的特點，提出利用模擬乘法器AD633的相乘功能來實現(xiàn)振幅調(diào)制、解調(diào)以及混頻電路的功能，并通過幾個典型實例介紹了仿真軟件Multisim13在高頻電子線路教學和實驗中的應用。仿真結(jié)果表明，穩(wěn)定性高的AD633可以較好地實現(xiàn)各種功能，通過仿真技術輔助理論教學可以有效改善實驗條件和效果，有利于提高高頻電子線路實驗課程的教學質(zhì)量。

AD633；高頻電子線路；調(diào)制解調(diào)；混頻；Multisim13

高頻電子線路是電氣、電子信息、通信等專業(yè)的一門重要基礎課程，該課程以電路分析、電子技術基礎、信號與系統(tǒng)等先修課程為基礎，重點培養(yǎng)學生設計和運用各種高頻電子線路的能力，并為后續(xù)專業(yè)課的學習打下堅實的基礎［1－3］。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等過程均可視為2個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分離器件（如二極管和三極管）簡單、實用，而且性能優(yōu)越，所以目前在無線通信、廣播電視等方面應用較多［4－5］。傳統(tǒng)的實驗教學采用MC、LM系列的模擬乘法器實現(xiàn)高頻電路的調(diào)制、解調(diào)和混頻等功能，但由于這類模擬乘法器自身的偏差和不穩(wěn)定性，會降低高頻電子線路的性能，在實驗調(diào)試過程中，常出現(xiàn)性能指標不穩(wěn)定的情況。AD633作為一款低成本四象限模擬乘法器，其單片集成結(jié)構(gòu)和激光校準使AD633性能穩(wěn)定而可靠，滿足高頻電子線路對于模擬元器件可靠性和穩(wěn)定性要求。本文提出基于AD633模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)以及混頻功能，通過Multisim13仿真并分析基于AD633的高頻相乘電路的性能，實驗和仿真結(jié)果對高頻電子線路的實踐教學具有重要的指導意義。

1 基于AD633的電路設計

1．1 AD633相乘功能描述

AD633是一種性能高、穩(wěn)定性好的低成本模擬乘法器，適用于注重簡單性和低成本的各種應用中。AD633的多功能性不受其簡單性的影響，可以設置為多種不同的模擬計算功能，主要的應用包括調(diào)制／解調(diào)、自動增益控制、功率測量、壓控放大器和倍頻器［67］。AD633相乘功能基本連接如圖1所示，AD633模擬乘法器由高阻抗差分X、Y輸入和高阻抗

圖1 AD633乘法器基本連接圖

求和輸入Z，以及低阻抗電壓輸出W組成。差分X和Y輸入通過電壓電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成差分電流，這些電流的乘積由乘法核產(chǎn)生。總的傳遞函數(shù)可以表示為

1．2 振幅調(diào)制電路

振幅調(diào)制以DSB調(diào)制為例［8］。利用AD633的相乘功能設計DSB調(diào)制電路如圖2所示，振幅調(diào)制電路主要以模擬乘法器AD633為核心，1、2管腳差分輸入頻率為1kHz的低頻信號，3、4管腳差分輸入頻率為1MHz的高頻載波信號。兩信號經(jīng)AD633相乘，按照式（1）所示的傳遞函數(shù)進行計算，由7管腳輸出調(diào)制信號，從而實現(xiàn)振幅調(diào)制。

圖2 DSB振幅調(diào)制電路圖

1．3 解調(diào)電路

DSB解調(diào)電路采用同步檢波方式，利用AD633AN的相乘功能實現(xiàn)乘積型同步檢波。乘積型同步檢波是直接把本地恢復的解調(diào)載波與接收信號相乘，然后用低通濾波器提取低頻信號。在這種檢波器中，要求本地的解調(diào)波與發(fā)送端的調(diào)制載波同頻同相，如果其頻率或相位有一定的偏差，將會使恢復出來的調(diào)制信號失真［9］。同步檢波器是由AD633模擬乘法器和低通濾波器兩部分組成，用于對抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波進行解調(diào)。同步檢波電路見圖3，由圖2產(chǎn)生的DSB調(diào)制信號輸入到U1的X1端，DSB解調(diào)信號經(jīng)過由OP07AH構(gòu)成的低通濾波器，輸出濾波后的解調(diào)信號，從而實現(xiàn)DSB解調(diào)。

圖3 同步檢波電路圖

1．4 混頻電路

如圖4所示，利用AD633AN的相乘功能設計混頻電路，即在AD633AN的X端和Y端分別輸入2個不同頻率的信號，再經(jīng)過帶通濾波器提取出中頻信號。混頻電路由雙邊帶調(diào)制電路（見圖1）、本地振蕩電路和帶通濾波電路構(gòu)成。由圖1產(chǎn)生的高頻信號經(jīng)U2的X1端輸入，和本地振蕩信號相乘后得到一個中頻信號，由U2的W端輸出，經(jīng)過帶通濾波后，最終輸出混頻信號。

圖4 混頻電路圖

2 電路調(diào)試與仿真

Multisim13軟件是一個專門用于高頻電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。Multisim13具有龐大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模SPICE仿真功能、RF射頻設計能力和后處理等功能。將電路設計與仿真軟件Multisim13應用于高頻電子線路的教學與實驗，可以讓學生比較容易理解電路的工作原理和信號波形的變化。通過對幾個重要的高頻電路實例進行仿真，能夠以更加形象直觀的方式使學生輕松地理解教學內(nèi)容［10－13］。本文以基于AD633設計的DSB調(diào)制、解調(diào)、混頻電路為例，采用Multisim13對所設計的電路進行仿真。

2．1 振幅調(diào)制電路仿真

設置AD633的參數(shù)，X1端輸入頻率為50Hz的調(diào)制信號，X3端口輸入頻率為1MHz的載波信號。運行Multisim13，DSB調(diào)制仿真結(jié)果見圖5。

圖5 已調(diào)波信號仿真圖

由圖5可看出，雙邊帶調(diào)幅信號的幅度仍然隨調(diào)制信號而變化，但其包絡不再反映調(diào)制信號波形的變化，而且在調(diào)制信號正半周區(qū)間的載波相位與調(diào)制信號負半周的載波相位反相，即在調(diào)制信號波形過零點處的高頻相位發(fā)生了180°的突變。這種只發(fā)射邊帶不發(fā)射載波的抑制載波雙邊帶調(diào)幅波克服了普通調(diào)幅波功率利用率低的缺點。

2．2 解調(diào)電路仿真

對DSB信號進行解調(diào)，本地載波信號選取與調(diào)制信號同頻同相的頻率為1MHz的正弦載波信號。由于不經(jīng)過低通濾波器的解調(diào)信號含有高頻分量，需要對信號進行低通濾波。經(jīng)過低通濾波器后的DSB解調(diào)信號見圖6。解調(diào)輸出的信號與調(diào)制前信號一致，波形較為規(guī)整。仿真結(jié)果證明了基于AD633的同步檢波電路可以實現(xiàn)DSB信號的解調(diào)功能。

圖6 經(jīng)過低通濾波器后的DSB解調(diào)信號

2．3 混頻電路仿真

由圖7可知，頻率為1MHz的雙邊帶調(diào)制信號和頻率為100kHz的正弦載波信號經(jīng)過混頻后，經(jīng)帶通濾波得到的波形與混頻前的波形基本一致，得到的頻率為1．1MHz的中頻信號，與信號的混頻理論值一致。仿真結(jié)果表明基于AD633的混頻電路能夠?qū)崿F(xiàn)DSB信號與另一個本地振蕩信號進行混頻。

圖7 混頻信號

3 結(jié)束語

AD633模擬乘法器性能穩(wěn)定而可靠，性價比高，適當添加外圍電路就可方便地實現(xiàn)各種功能，具有廣泛的應用前景。采用Multisim13對DSB調(diào)制、解調(diào)以及混頻等實驗電路進行設計并仿真，仿真結(jié)果表明，利用AD633的相乘功能可以很好地實現(xiàn)DSB調(diào)制、解調(diào)以及混頻功能，高頻電路仿真結(jié)果與理論結(jié)果相符。并且，利用仿真平臺對高頻電路進行分析，可以有效避免高頻電路實驗中高頻信號的不穩(wěn)定和易受外界干擾的情況，通過修改元器件參數(shù)以及替換元器件，可以方便地觀察不同情況下電路性能的變化情況，加深學生對理論知識的理解和掌握。此外，利用Multisim13設計的高頻電路實驗平臺對電路進行仿真分析，對提高高頻電子線路的實驗教學質(zhì)量、提高學生的創(chuàng)新意識和設計能力具有重要作用。

（References）

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Design and realization on analog multiplication function of AD633

Li Jiaojun
（School of Electronic Information and Automation，Chongqing University of Technology，Chongqing 400050，China）

The high Frequency Electronic Circuit is an essential course that attaches importance to theory and practice．The troublesome theoretical knowledge is difficult for students to understand．According to the characteristics of High Frequency Electronic Circuit experimental teaching，the amplitude modulation，demodulation and mixing applications based on the multiplication function of analog multiplier AD633are proposed．These typical examples are introduced to show the applications of the simulation software Multisim13in the High Frequency Electronic Circuit teaching and experiments．The simulation results show that AD633with high stability can achieve the expected functions perfectly．Practice has proven that the teaching assisted by computer simulation technology can make the experimental conditions and teaching achievements better and contribute to improve the quality of the experimental course of High Frequency Electronic Circuit．

AD633；high frequency electronic circuit；modulation and demodulation；mixing frequency；Multisim13

TP332．2；G642．432

A

1002－4956（2015）3－0047－03

2014－07－17 修改日期：2014－09－05

重慶市高等教育學會高等教育科學研究課題項目（CQGJ13C558）；重慶理工大學2013年高等教育教學改革研究課題重點項目（2013zd04）；重慶理工大學重大教學成果培育項目“普通高等學校電子技術精品課程及資源共享課課程建設與實踐”

李姣軍（1965—），女，湖南婁底，碩士，教授，碩士研究生導師，研究方向為OFDM及WPDM多載波通信、低壓電力線通信、弱信號檢測、信號處理與仿真等研究．

E－mail：cqjiao＠163．com