模拟乘法器ADL5391的原理与应用

按照如上布局，对制成的电路板进行测试，本实验使用安捷伦公司的E5071B矢量网络分析仪来测试。该测试选用的是直流与交流信号相乘，YP_DC端接直流信号，该端口前接一电位器用于调节输入电压大小。VPOS端接5 V电压，COMM端接地，ENBL端接5 V电压，GADJ端悬空(α=1)，Z端也悬空。XP、WP端分别接网络分析仪的端口1和端口2，当YP_DC输入为1 V时，乘法器从X输入端到W输出端的插损如图4所示。

从以上测试结果可以看出，Y端输入1 V直流电压时，在整个通带(30 MHz到600 MHz)内，乘法器的输出端插损在0 dB附近，并且较为平坦，没有波动，只有稍稍倾斜，最大插损和最小插损之差大约为5 dB。当改变Y端的直流输入电压时，S21参数在整个频带范围内仍然显示的比较平坦，没有波动。该测试结果表明，该宽带乘法器相对于传统乘法器，在如此宽的频带范围内性能更加稳定，抗干扰性更强，完全可以应用于射频电路中。
3．2 基于ADL5391的二倍频电路
3．2．1 二倍频电路的设计
一个输入信号幅度E的平方可通过并联输入X、Y来产生，该输入可以是单端的、差分的或者通过传输线变压器。当输入是正弦波Esin(ωt)，信号的平方就相当于倍频，因为

理想情况下，当乘法器用于平方和倍频时，输出端口没有原始信号的成分。但是由于存在内部偏置，所以事实上并非如此。如果包含这些偏移量重写等式(2)，输出将包含直流成分，原始频率成分和倍频部分。
一般而言，实现倍频的原理有以下几种：1)利用晶体管的等非线性器件产生输入信号频率的各次谐波分量；2)将输入信号同时输入模拟乘法器的两个输入端实现二倍频；3)利用锁相倍频方式进行倍频。本设计采用的即为第二种方式。
倍频电路在通信系统及其他电子系统里均有广泛的应用。在调频发射系统里使用倍频电路可以扩展调频信号的最大线性频偏。对振荡器的输出进行倍频，可以得到更高的所需振荡频率，降低了主振的振荡频率，有利于提高频率稳定度。在频率合成器里，倍频电路也是不可缺少的组成部分。

本实验设计的二倍频电路结构框图如图5所示。输入射频信号后，经过功分器输出两路同频率同幅度信号，经过乘法器后即可实现二倍频。但由于乘法器内部存在偏置，乘法器输出端会存在直流成分和基波成分，因此，在乘法器后端接了一个中心频率为二倍频率的带通滤波器，经过滤波后即可得到二倍频成分。
3．2．2 二倍频电路的性能测试
该设计中，功分器采用的是同相功率分配器，输出的两路信号频率、相位与输入信号均相同。宽带乘法器采用上述基于ADL5391的宽带乘法器电路。带通滤波器采用的是并联结构的RLC电路，其中心频率为70 MHz。功分器输出端X端和Y端分别接宽带乘法器的XP端和YP端，乘法器的输出WP端接带通滤波器的输入端，带通滤波器输出端接50Ω的匹配电阻。测试时，功分器输入频率为35MHz的正弦信号，经过功分器后，通过示波器显示X路信号如图6所示，Y路信号如图7所示，带通滤波器输出的信号如图8所示。

由以上测试结果可知，输入频率为35 MHz的信号经过功分器后输出两路信号频率均约为35 MHz，经过宽带乘法器和带通滤波器后，输出频率约为70 MHz的正弦信号，其频率恰为输入信号频率的两倍，完全满足了二倍频电路的要求。由于电路中存在衰减，所以该系统输出信号幅度较小。该测试结果表明，设计的基于ADL5391的二倍频电路具有很好的二倍频效果。

4 结论
文中设计的基于ADL5391的二倍频电路具有输出波形稳定、倍频精度高、电路简单、抗干扰能力强等优点，完全可以作为倍频器应用于其他领域。当然，二倍频电路的测试结果也表明模拟乘法器ADL5391是一个高性能的信号处理器件，应用于其他高频信号电路中可大大降低电路的复杂度，提高电路的整体性能，具有很好的应用前景。