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開關增益運算放大器作為檢相器或混頻器

時間：2008-10-08 09:39:00

關鍵字：開關運算放大器 DC OS

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一些運算放大器，比如AnalogDevices公司的AD8041和Intersil公司的EL5100，提供禁用引腳，它使人們能把數(shù)個運算放大器的輸出并聯(lián)用于視頻多路傳輸。除了這種多路傳輸以外，人們還能用這種禁用功能把運算放大器配置作為檢相器或混頻器。圖1描繪了禁用功能如何實現(xiàn)低頻檢相器。人們可以按相位參考信號的速率來開關該電路的放大器的增益。這么做會在運算放大器的輸出端產生DC分量。該分量與輸入信號的相位與參考信號的相位之間的相位差成正比。

圖1如果按參考頻率來開關運算放大器的禁用輸入并對其輸出執(zhí)行低通濾波就能獲得與開關頻率和輸入頻率的相位差成正比的DC電壓

　　在該電路中，運算放大器的輸出為：VOUT(t)=VIN(t)×G(t)，其中VIN(t)=A cos(wREFt+q)，G(t)為運算放大器的時變增益。G(t)是50%占空比的方波，它以相位參考信號的頻率從0切換至G0。G0是運算放大器被啟用時的增益。由于G(t)是時變周期函數(shù)，因此把它擴展成傅里葉級數(shù)：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項，則輸出的DC分量為 VOUT(dc)=(AG0/p)cos(q)。圖1中的EL5100運算放大器具有200MHz單位增益帶寬，并且如果把至少為0V~4V的方波施加到輸出禁用端子（引腳8），就能通/斷該放大器的輸出。利用所示的反饋電阻，并且G0=3，檢相器的峰值輸出電壓約等于輸入信號的峰值。EL5100的禁用時間為180ns，啟用時間為650ns，這使人們能按大約250kHz頻率開關該器件的增益。在更高頻率時，檢相器的增益下降，這是因為增益開關不再具有50%占空比。

　　運算放大器之后的低通濾波器提取VOUT(t)的DC分量，并在800Hz有一個3dB點。當檢相器位于PLL（鎖相環(huán)）內部時，與0.1mF分流電容串聯(lián)的100Ω電阻會限制濾波器的相位滯后。圖1中的各值提供了大約65°的最大相位滯后。用5V和-5V電源使檢相器的輸出擺幅在大約0V位置對稱。如果設計方案無需對稱，人們就可使用單一5V電源，并且運算放大器的正偏移偏壓為2.5V。在這種情況下，輸出擺幅關于 2.5V對稱。正如所有寬帶寬運算放大器電路那樣，人們應該小心地用短連接把電源旁路電容器連至地，并盡可能靠近運算放大器的電源引腳，以避免不穩(wěn)定性。

　　這個增益開關方案還可作為混頻器。如果輸入信號位于頻率wS，參考方波輸入位于頻率wlo，則中頻輸出信號為(wlo-wS)或(wlo+wS)。如需獲得期望的中頻信號，可把圖1中的輸出低通濾波器替換成一個調諧至中頻頻率期望值(wlo±wS)的帶通濾波器。如果參考信號的開關速率高于禁用功能所能提供的頻率，則可利用諧波混頻，使用參考信號的奇次諧波。該方法使混頻器的增益降至原來的1/N，其中N是所用N次諧波的數(shù)量。