【正文】 。 π423 BWBWf ???二、集成電路中采用的斜率鑒頻器 圖 5317 集成電路中廣泛采用的 斜率鑒頻電路 1．電路 L1C1C2：線性網(wǎng)絡(luò) ， 作用： f – V 變換 ， 輸出調(diào)頻調(diào)幅電壓 v1 (t) ， v2 (t)； T1T2：射隨器； T3T4：三極管包絡(luò)檢波器 ， 輸出解調(diào)波； T5T6：差分放大器 ， 放大解調(diào)電壓 。 2．原理 圖 5318 鑒頻特性曲線 特性曲線 如圖 5318(a)所示 。 ① ? ? ?1， L1C1并聯(lián)諧振 ， v1m 最大 ， v2m 最小 。 ② ? ? ?2， L1C1C2串聯(lián)諧振 ， v1m 最小 ， v2m 最大 。 ③ 合成鑒頻特性曲線 如圖 5318 (b)所示 vO = A (v1m? v2m ) A：增益常數(shù) ， 取決于射隨器 、 檢波器 、 差分放大器 。 ④ 可調(diào)元件 L1 、C1 、 C2 。 相位鑒頻電路 作用 ：鑒相 ， 用來(lái)檢出兩信號(hào)間的相位差 ， 并輸出與相位差大小相對(duì)應(yīng)的電壓 。 實(shí)現(xiàn)電路 疊加型 乘積型 模擬鑒相器 數(shù)字鑒相器 — 由數(shù)字電路構(gòu)成 一、乘積型鑒相器 1． 組成框圖 圖 5319 乘積型鑒相器 相乘器 (例如雙差分對(duì)平衡調(diào)制器 ) + 低通濾波器。 圖 5325 乘積型相位鑒頻電路 T3 ~ T D6：雙差分對(duì)平衡調(diào)制器 、 實(shí)現(xiàn)乘積型相位鑒頻電路 。 2． 工作原理 設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)分別為 tVtv ?c o s)( m11 ?)s i n ()2c o s ()( 2m2m2 ???? ???????? tVtVtv 除 90? 固定相移外 ， 它們之間的 相位差 為 ?? 。 則雙差分對(duì)管輸出差值電流 (見(jiàn)式 4223)為 )2 )((th)2 )((thT2T10 VtvVtvIi ? (5319) (1)V2m 26 mV， V1m 260 mV，上式簡(jiǎn)化為 (見(jiàn)式 4227) )s i n ()3c o s34c o s4(2)()(22mT022T0????????????????tVttVItKtvVIi])2si n ([ si n]]si n)2[ si n (214{2])si n (3[ co s34co s)si n (4{22mT02mT02mT0?????????????????????????????????????????????tVVItVVIttttVVI 通過(guò)低通濾波器 ， 濾除 2? 及其以上各次諧波項(xiàng) ， 取出有用的平均分量 ， 其值與 sin?? 成正比 。 設(shè)雙差分對(duì)管的直流負(fù)載電阻為 RC， 低通濾波器的傳輸增益為 1， 則鑒相器的鑒相特性為 (5320) ?? ????? s i ns i n d2mTC0O AVVRIv式中， Ad 為 鑒相靈敏度 ，單位為 V。 ?Δs indO Av ?圖 5320 乘積型鑒相器的鑒相特性 當(dāng) |?? | ? / 12 時(shí) ， sin?? ? ??，vO 與 ?? 成正比 。 故只能不失真地解調(diào) |?? |為小值的調(diào)相信號(hào) 。 輸入信號(hào)引入 90? 的固定相移 ， 目的是獲得正弦的鑒相特性 ， 以保證 ?? = 0 時(shí) vO = 0， 且上 、 下奇對(duì)稱 。 (2)當(dāng) Vlm 和 V2m 均大于 260 mV 近似表示為兩個(gè)雙向開(kāi)關(guān)函數(shù)相乘 ，即 T2T10 2)(th2)(thVtvVtvIi ?)2()( 220 ??? ????? tKtKIi 可畫(huà)出兩個(gè)開(kāi)關(guān)波形相乘后的波形。 ?? = 0 時(shí) ， 相乘所得的雙向脈沖上 、 下等寬 ， 頻率加倍 ，相應(yīng)的平均分量為 0； ?? ? 0 且 ?? 0 時(shí) ， 相乘所得的雙向脈沖上 、 下不等寬 。 在 |??| ?/2 范圍內(nèi) ， 相應(yīng)的平均分量為 圖 5321 兩個(gè)開(kāi)關(guān)波形相乘后的波形 ???????????????????????????022π0000av2]d dd[dItttItII?? 通過(guò)低通濾波器 ， 得到鑒相器的輸出電壓為 ， ???? C0O2 RIv 為在 |??| ?/2 內(nèi)的一條通過(guò)原點(diǎn)的直線 ， 并向兩側(cè)周期性重復(fù) 。 3． 實(shí)現(xiàn)電路 (1)電路 圖 5325 乘積型相位鑒頻電路 T1：射隨器 ， 將一路信號(hào) vS 分為大小兩路： 大：接 T7， 作用：保證 T T8 為開(kāi)關(guān)狀態(tài) 。 小：經(jīng) 頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) 接 T3 ~ T6， 為相乘器 小信號(hào)輸入電壓 。 T3 ~ T D6：雙差分對(duì)平衡調(diào)制器 ， 實(shí)現(xiàn)乘積型鑒相 。 頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) D1 ~ D5： T2及雙差分對(duì)偏置電路 。 (2)頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ① 電路 (a) (b) 圖 5326 單諧振回路作為相頻轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) 參見(jiàn) 圖 5326(a)。將輸 入電壓源 變換為電流源， 如圖 5326(b)所示，其中， 。則該網(wǎng)絡(luò)就是在 激勵(lì)下的單諧振回路。 1V?111 j VCI ?? ?? 1I?② 輸出電壓 ξRCVξRIVj1jj11112 ????????在 ?0 附近，網(wǎng)絡(luò)的增益 A(j?) 可近似表示為 ξRCξRCVVAj1jj1j)j( 10112??????????或 (5325) ????? a r cta n2)(1)( A210 ????? ，ξRCAξRCξRCVVAj1jj1j)j( 10112??????????或 (5325) ????? a r cta n2)(1)( A210 ????? ，ξRCA式中 ， 定義為 廣義失諧量 ， 其中 00e00e 2)( ???????? ???? RCCLRLRQCCL)()(110e10 ?????? ???? ， ③ 幅頻特性和相頻特性曲線可根據(jù) 式 (5325) 畫(huà)出 ，如圖 5326 所示 。 圖 5326 ④ 討論 圖 538 比較 圖 538 理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)特性 ，該網(wǎng)絡(luò)既不能提供恒值的幅頻特性 ， 也不能提供線性的相頻特性 ， 僅在 ?0 附近的很小范圍內(nèi) ， 才可近似認(rèn)為 A(?) 為恒值 ， ?A(?) 在 上 、 下線性變化 。 2?結(jié)論：頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特性不理想。 (3)鑒頻特性 設(shè)頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)諧振頻率 ?0 ? ?c。 電路中射隨器 T1 和 T2 的增益近似為 1， 則 v1(t) 的振幅 V1m 近似等于輸入調(diào)頻信號(hào) vs(t) 的振幅 Vsm ， v2(t) 的振幅 V2m ? (1/10)A(?)Vsm。 根據(jù) vO ? Adsin??， 在雙差分對(duì)管單端輸出時(shí) ， 鑒頻器的輸出解調(diào)電壓為 (5327) AsmTC0A2mCT0O Δs i n)(20Δs i n2 ??? AVVRIVRVIv????式中， ??A = arctan? 根據(jù)上式畫(huà)鑒頻特性曲線， 如圖 5327 所示 。 圖 5327 鑒頻特性曲線 圖 5327 中 ， 虛線是假設(shè) A(?) 為恒值時(shí)畫(huà)出的特性 ， 而實(shí)線則是按 A(?) 的變化進(jìn)行修正后畫(huà)出的實(shí)際特性 。 可見(jiàn) ， 當(dāng) 廣義失諧量 ? 向正 、 負(fù)方向增大時(shí) ， 由于 A(?) 下降 ， 實(shí)際特性出現(xiàn)正 、 負(fù)兩個(gè)峰值 ， 而后便近似按 A(?) 的規(guī)律單調(diào)下降 。 若 arctan? 限制在 ? ?/12 ， 即 |? | 時(shí) ， 由 可近似認(rèn)為 ，　　 ????? a r c t a n2)(1)( A210 ????? ξRCAA(?) ? A(?0) = ?0C1R 00eA 222 ????? ??????? Q 若輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角率 ?(t) ? ?c ? ??(t)， 且 ?0 = ?c， 代入上式 ， 則 ceA)(2??? tQ ???因而， 由 式 (5327)，可得 )(Δ)](12)[((20)(20)(dce10smTC0A0smTC0OtAtQRCVVRIAVVRItv?????????????式中， 鑒相靈敏度 。實(shí)現(xiàn)了線性鑒頻。 smTe1C0d 0 π1 VVQRCRIA ?二、疊加型鑒相器 圖 5323 疊加型鑒相器電路 1． 原理電路 由兩個(gè)包絡(luò)檢波器疊加后組成的 疊加型鑒相器 。 2． 工作原理 加到上、下包絡(luò)檢波器的 輸入信號(hào)電壓分別為 vi1(t) = v1(t) + v2(t)， vi2(t) = v1(t) ? v2(t) 圖 5324 假設(shè) v1(t) = V1mcos?t， v2(t) = V2msin(?t + ??)，則根據(jù) 矢量疊加 原理， vi1(t) 和 vi2(t) 可 分別表示為： vi1(t) = Vm+(t) cos[?t ??1(t)] vi2(t) = Vm(t) cos[?t +?2(t)] 其中， ?Δs i n2)(2m1m22m2m1m VVVVtV ?????Δs i n2)( 2m1m2m22m1m VVVVtV ???? 可見(jiàn) ， 合成電壓的振幅Vm+(t) 和 Vm?(t) 均與 ?? 有關(guān) ，但它們之間的關(guān)系是非線性的 。 )s inc o sa r c t a n ()(2m1m2m1 ???????VVVt)s inc o sa r c t a n ()(2m1m2m2 ???????VVVt 3． 解調(diào)電壓輸出 若包絡(luò)檢波器的檢波電壓傳輸系數(shù)為 ?d， 則鑒相器的輸出電壓為 ? ?])si n1()si n1[()()(21212m22m1dmmdA V 2A V 1O??????????????? ??KKVVtVtVvvv? ?])s i n1()s i n1[()()(21212m22m1dmmdAV2AV1O??????????????? ??KKVVtVtVvvv式中， 21m2m1m2m2m22m12m1m)/(1/22VVVVVVVVK????以 Ksin ?? 為變量，將上式用冪級(jí)數(shù) 展開(kāi) ???????????? 32 !3 )2)(1(!2 )1(1)1( xnnnxnnnxx n])Δs i n1()Δs i n1[( 21212 m22m1dO ??? KKVVv ?????])Δs i n(81Δs i n[ 32m22m1d ??????? ??? KKVV 當(dāng) Ksin ?? 為小量時(shí) ， Ksin ?? 的三次方及其以上各次方項(xiàng)可忽略 ， 上式簡(jiǎn)化為 (5323) ?? ??? s i n2m22m1dO KVVv呈正弦鑒相特性。 4． 實(shí)際電路 (1)電路 圖 5328 耦合回路疊加型相位鑒頻器電路 頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)： L1C1 和 L2C2 ，互感耦合雙調(diào)諧回路。 C0 ： 隔直電容 ， 對(duì)輸入信號(hào)頻率呈短路 。 L3 ：高頻扼流圈 ， 高頻阻抗很大 ， 接近開(kāi)路 ， 而對(duì)平均分量接近短路 ， 為包絡(luò)檢波器提供通路 。 圖 5328 耦合回路疊加型相位鑒頻器電路 (