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开关增益运算放大器作为检相器或混频器

时间：2008-10-08 09:39:00

关键字：开关运算放大器 DC OS

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一些运算放大器，比如AnalogDevices公司的AD8041和Intersil公司的EL5100，提供禁用引脚，它使人们能把数个运算放大器的输出并联用于视频多路传输。除了这种多路传输以外，人们还能用这种禁用功能把运算放大器配置作为检相器或混频器。图1描绘了禁用功能如何实现低频检相器。人们可以按相位参考信号的速率来开关该电路的放大器的增益。这么做会在运算放大器的输出端产生DC分量。该分量与输入信号的相位与参考信号的相位之间的相位差成正比。

图1如果按参考频率来开关运算放大器的禁用输入并对其输出执行低通滤波就能获得与开关频率和输入频率的相位差成正比的DC电压

　　在该电路中，运算放大器的输出为：VOUT(t)=VIN(t)×G(t)，其中VIN(t)=A cos(wREFt+q)，G(t)为运算放大器的时变增益。G(t)是50%占空比的方波，它以相位参考信号的频率从0切换至G0。G0是运算放大器被启用时的增益。由于G(t)是时变周期函数，因此把它扩展成傅里叶级数：G(t)=G0[1/2+2/p{cos(wREFt)-1 /3cos(3wREFt)+1/5cos(5wREFt)+…}]。把VIN(t)乘以G(t)，并只保留DC项，则输出的DC分量为 VOUT(dc)=(AG0/p)cos(q)。图1中的EL5100运算放大器具有200MHz单位增益带宽，并且如果把至少为0V~4V的方波施加到输出禁用端子（引脚8），就能通/断该放大器的输出。利用所示的反馈电阻，并且G0=3，检相器的峰值输出电压约等于输入信号的峰值。EL5100的禁用时间为180ns，启用时间为650ns，这使人们能按大约250kHz频率开关该器件的增益。在更高频率时，检相器的增益下降，这是因为增益开关不再具有50%占空比。

　　运算放大器之后的低通滤波器提取VOUT(t)的DC分量，并在800Hz有一个3dB点。当检相器位于PLL（锁相环）内部时，与0.1mF分流电容串联的100Ω电阻会限制滤波器的相位滞后。图1中的各值提供了大约65°的最大相位滞后。用5V和-5V电源使检相器的输出摆幅在大约0V位置对称。如果设计方案无需对称，人们就可使用单一5V电源，并且运算放大器的正偏移偏压为2.5V。在这种情况下，输出摆幅关于 2.5V对称。正如所有宽带宽运算放大器电路那样，人们应该小心地用短连接把电源旁路电容器连至地，并尽可能靠近运算放大器的电源引脚，以避免不稳定性。

　　这个增益开关方案还可作为混频器。如果输入信号位于频率wS，参考方波输入位于频率wlo，则中频输出信号为(wlo-wS)或(wlo+wS)。如需获得期望的中频信号，可把图1中的输出低通滤波器替换成一个调谐至中频频率期望值(wlo±wS)的带通滤波器。如果参考信号的开关速率高于禁用功能所能提供的频率，则可利用谐波混频，使用参考信号的奇次谐波。该方法使混频器的增益降至原来的1/N，其中N是所用N次谐波的数量。