模拟乘法器AD834的原理与应用

1.AD834的主要特性

AD834是美国ADI公司推出的宽频带、四象限、高性能乘法器，其主要特性如下：

●带符号差分输入方式，输出按四象限乘法结果表示；输出端为集电极开路差分电流结构，可以保证宽频率响应特性；当两输入X=Y=±1V时，输出电流为±4mA；
●频率响应范围为DC～500MHz；
●乘方计算误差小于0.5％;
●工作稳定，受温度、电源电压波动的影响小；
●低失真，在输入为0dB时，失真小于0.05％；
●低功耗，在±5V供电条件下，功耗为280mW；
●对直通信号的衰减大于65dB；
●采用8脚DIP和SOIC封装形式。



AD834的引脚排列如图1所示。它有三个差分信号端口：电压输入端口X=X1－X2和Y=Y1－Y2，电流输出端口W=W1－W2；W1、W2的静态电流均为8.5mA。

在芯片内部，输入电压先转换为差分电流(V－I转换电阻约为280Ω),目的是降低噪声和漂移；然而，输入电压较低时将导致V－I转换线性度变差，为此芯片内含失真校正电路，以改善小信号V－I转换时的线性特性。电流放大器用于对乘法运算电路输出的电流进行放大，然后以差分电流形式输出。

AD834的传递函数为：

　　W=4XY (X、Y的单位为伏特，W的单位为mA)

3.应用考虑

3.1 输入端连接

尽管AD834的输入电阻较高(20kΩ)，但输入端仍有45μA的偏置电流。当输入采用单端方式时，假如信号源的内阻为50Ω，就会在输入端产生1.125mV的失调电压。为消除该失调电压，可在另一输入端到地之间接一个与信号源内阻等值的电阻，或加一个大小、极性可调的直流电压，以使差分输入端的静态电压相等；此外，在单端输入方式下，最好使用远离输出端的X2、Y1作为输入端，以减小输入直接耦合到输出的直通分量。

应当注意的是，当输入差分电压超过AD834的限幅电平(±1.3V)时，系统将会出现较大的失真。

3.2 输出端连接

采用差分输出，可有效地抑制输入直接耦合到输出的直通分量。差分输出端的耦合方式，可用RC耦合到下一级运算放大器，进而转换为单端输出，也可用初级带中心抽头的变压器将差分信号转换为单端输出。

3.3 电源的连接

AD834的电源电压允许范围为±4V～±9V，一般采用±5V。要求VW1和VW2的静态电压略高于引脚＋VS上的电压，也就是＋VS引脚上的电去耦电阻RS应大于W1和W2上的集电极负载电阻RW1、RW2。例如，RS为62Ω，RW1和RW2可选为49.9Ω，而＋V=4.4V,VW1=VW2=4.6V，乘法器的满量程输出为±400mV。



引脚－VS到负电源之间应串接一个小电阻，以消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡；较大的电阻对抑制寄生振荡有利，但也会使VW1和VW2的静态工作电压降低；该电阻也可用高频电感来代替。
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4.应用实例

AD834主要用于高频信号的运算与处理，如宽带调制、功率测量、真有效值测量、倍频等。在某航空通信设备扩频终端机(如图2所示)的研制中，笔者应用AD834设计了扩频信号调制器和扩频信号接收AGC电路。

4.1 扩频调制器

扩频调制器在频率为2MHz伪随机码的调制下，将70MHz晶体振荡器输出的信号变换为带宽为4MHz的70MHz扩频信号，然后送到发射机变频与高频功放电路，形成发射信号。采用AD834构成的扩频调制器电路如图3所示，实质上它是一个PSK调制器，调制码信号(TTL电平)经RC耦合、分压后转换成±1V的双极性非归零码，加到X2输入端，X1经C16交流接地，R15作为控制失调电压的平衡电阻；卧式晶振输出的70MHz信号以C20、R19耦合到Y1输入端，Y2经C19交流接地，R16是输入端平衡电阻；AD834的差分输出信号经电容C22、C32耦合到中心频率为70MHz、带宽为4MHz的声表面波滤波器滤波(本级插入损耗为12dB)，然后加到MAX4178的缓冲输出级(本级电压放大倍数为1)。70MHz扩频输出信号中心频率的稳定度取决于晶振的频率稳定度，信号带宽取决于调制码的频率。该调制器电路的最终输出信号幅度为40mV。



4.2 AGC电路

本通信设备要求AGC的控制深度达70dB。AGC电路对70MHz中放输出的信号取样，然后输出射频AGC电压和中频AGC电压，分别用于控制接收机高放和二中放的增益，以适应天线输入0.5μV～0.5V的动态范围。由AD834构成的AGC电路如图4所示。中频信号经C1、R1耦合到AD834的X2和Y1输入端，相乘后获得的直流分量经RC滤波后即是AGC电压；由NE5532(双运放)组成的有源滤波器，对AGC电压进行适当的放大与电平移动，其中A2∶B运放采用单端输入，设计的AGC电压放大倍数为100，以形成中放所需的中频AGC电压(动态范围为5.5～5V)； A2：A运放采用差动输入， 电压放大倍数设计为130，以形成高放所需的射频AGC电压(动态范围为5.5～4V)。电路中，电位器P1和P2分别用于调整射频AGC和中频AGC的静态电压，无信号输入条件下，射频AGC电压应为5.5V，中频AGC电压应为5.0V，此时接收机增益最大；随着中频输入信号的增强，射频AGC电压降低，中频AGC电压升高(因中放为反向型AGC控制)，接收机增益逐渐降低。

需要注意的是，AD834应用于高频电路时，电源需要良好的去耦滤波，滤波电容应采用高频瓷片电容，电容应紧靠芯片的电源引脚；电路板布局时，高频输入与输出线之间应尽量分离；电路布线应尽量短；并应良好接地。