Аналоговый смеситель сигналов



Аналоговый смеситель сигналов
Аналоговый смеситель сигналов
Аналоговый смеситель сигналов
Аналоговый смеситель сигналов
Аналоговый смеситель сигналов

 


Владельцы патента RU 2504072:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является обеспечение работоспособности смесителя сигналов при однофазном управлении по каналу «Y». Аналоговый смеситель сигналов содержит противофазные входы с источниками сигналов канала «X», первый, второй, третий и четвертый входные транзисторы, базы которых подключены к противофазным входам, а объединенные эмиттеры первого и второго входных транзисторов через первый токостабилизирующий двухполюсник соединены с первой шиной источника питания, двухполюсники нагрузки, включенные между второй шиной источника питания и первым и вторым выходами устройства. Второй токостабилизирующий двухполюсник включен между объединенными эмиттерами третьего и четвертого входных транзисторов и второй шиной источников питания, источник входного напряжения канала «Y» соединен с эмиттерами входных транзисторов через последовательно соединенные конденсаторы и вспомогательные резисторы, коллектор третьего и четвертого входных транзисторов соединены с третьим и четвертым выходами устройства соответственно и связаны с первой шиной источника питания через двухполюсники нагрузки, причем второй выход устройства связан через конденсатор с третьим выходом устройства, а первый выход устройства через конденсатор соединен с четвертым выходом устройства. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления канала «Y». Аналоговый смеситель сигналов (АСС) является базовым узлом современных систем приема и обработки сигналов ВЧ и СВЧ-диапазонов.

Аналоговые смесители сигналов реализуются в основном в виде перемножающей ячейки Гильберта, которая совершенствовалась в более чем 50 патентах ведущих микроэлектронных фирм. В этом смысле АСС является базовым функциональным узлом современной микроэлектроники, определяющим качественные показатели многих систем связи. Предлагаемое изобретение относится к данному классу устройств.

Среди известных АСС можно выделить подкласс устройств, в которых один из перемножаемых сигналов (как правило, канала «Y») подается в эмиттерные цепи входных дифференциальных каскадов АСС через последовательно соединенные резисторы и конденсаторы [1-10].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства, архитектура которого присутствует также и в других АСС [1-10], является аналоговый смеситель сигналов фиг.1 по патентной заявке US №2010/0327939, fig 4, содержащий первый 1 и второй 2 противофазные входы, к которым подключены соответствующие первый 3 и второй 4 источники сигналов канала «X», первый 5 и второй 6 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а объединенные эмиттеры через первый 7 токостабилизирующий двухполюсник соединены с первой 8 шиной источника питания, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а эмиттеры соединены с первым выводом второго 11 токостабилизирующего двухполюсника, первый 12 и второй 13 двухполюсники нагрузки, включенные между второй 14 шиной источника питания и соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами устройства, связанными с коллекторами соответствующих первого 5 и второго 6 входных транзисторов, источник входного напряжения канала «Y» 17, связанный с эмиттерами первого 5 и второго 6 входных транзисторов через последовательно соединенные первый 18 конденсатор и первый 19 вспомогательный резистор, последовательно соединенные второй 20 конденсатор и второй 21 вспомогательный резистор.

Существенный недостаток известного смесителя состоит в том, что для обеспечения его работоспособности необходимо иметь два противофазных сигнала по каналу «Y», что требует применения специальных фазорасщепителей - так называемых «балунов» (bulun). В конечном итоге введение фазорасщепителей и их фазовая погрешность отрицательно сказываются на качестве смешения (перемножения) двух сигналов канала «X» и канала «Y».

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в обеспечении работоспособности смесителя сигналов при однофазном управлении по каналу «Y».

Поставленная задача решается тем, что в АСС фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 противофазные входы, к которым подключены соответствующие первый 3 и второй 4 источники сигналов канала «X», первый 5 и второй 6 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а объединенные эмиттеры через первый 7 токостабилизирующий двухполюсник соединены с первой 8 шиной источника питания, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а эмиттеры соединены с первым выводом второго 11 токостабилизирующего двухполюсника, первый 12 и второй 13 двухполюсники нагрузки, включенные между второй 14 шиной источника питания и соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами устройства, связанными с коллекторами соответствующих первого 5 и второго 6 входных транзисторов, источник входного напряжения канала «Y» 17, связанный с эмиттерами первого 5 и второго 6 входных транзисторов через последовательно соединенные первый 18 конденсатор и первый 19 вспомогательный резистор, последовательно соединенные второй 20 конденсатор и второй 21 вспомогательный резистор, предусмотрены новые элементы и связи - второй 11 токостабилизирующий двухполюсник включен между объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 10 входных транзисторов и второй 14 шиной источников питания, источник входного напряжения канала «Y» 17 соединен с объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 10 входных транзисторов через последовательно соединенные второй 20 конденсатор и второй 21 вспомогательный резистор, коллектор третьего 9 входного транзистора, соединенный с третьим 22 выходом устройства, связан с первой 8 шиной источника питания через третий 23 двухполюсник нагрузки, коллектор четвертого 10 входного транзистора связан с четвертым 24 выходом устройства и подключен к первой 8 шине источника питания через четвертый 25 двухполюсник нагрузки, причем второй 16 выход устройства связан с третьим 22 выходом устройства через третий 26 конденсатор, а первый 15 выход устройства соединен с четвертым 24 выходом устройства через четвертый 27 конденсатор.

На чертеже фиг.1 показана схема АСС-прототипа, а на чертеже фиг.2 - схема заявляемого АСС в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг.3 представлена схема заявляемого АСС в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».

На чертеже фиг.4 приведена осциллограмма выходного напряжения АСС фиг.3 при Ux=150 мВ, fx=100 КГц, Uy=1 В, fy=1 КГц.

На чертеже фиг.5 показан спектр выходного сигнала АСС фиг.3 при Ux=150 мВ, fx=100 КГц, Uy=1 В, fy=1 КГц. При этом из графиков следует, что схема фиг.3 обеспечивает подавление центральной гармоники в 19 раз.

Заявляемый АСС фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 противофазные входы, к которым подключены соответствующие первый 3 и второй 4 источники сигналов канала «X», первый 5 и второй 6 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а объединенные эмиттеры через первый 7 токостабилизирующий двухполюсник соединены с первой 8 шиной источника питания, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому 1 и второму 2 противофазным входам, а эмиттеры соединены с первым выводом второго 11 токостабилизирующего двухполюсника, первый 12 и второй 13 двухполюсники нагрузки, включенные между второй 14 шиной источника питания и соответствующими первым 15 и вторым 16 выходами устройства, связанными с коллекторами соответствующих первого 5 и второго 6 входных транзисторов, источник входного напряжения канала «Y» 17, связанный с эмиттерами первого 5 и второго 6 входных транзисторов через последовательно соединенные первый 18 конденсатор и первый 19 вспомогательный резистор, последовательно соединенные второй 20 конденсатор и второй 21 вспомогательный резистор. Второй 11 токостабилизирующий двухполюсник включен между объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 10 входных транзисторов и второй 14 шиной источников питания, источник входного напряжения канала «Y» 17 соединен с объединенными эмиттерами третьего 9 и четвертого 10 входных транзисторов через последовательно соединенные второй 20 конденсатор и второй 21 вспомогательный резистор, коллектор третьего 9 входного транзистора, соединенный с третьим 22 выходом устройства, связан с первой 8 шиной источника питания через третий 23 двухполюсник нагрузки, коллектор четвертого 10 входного транзистора связан с четвертым 24 выходом устройства и подключен к первой 8 шине источника питания через четвертый 25 двухполюсник нагрузки, причем второй 16 выход устройства связан с третьим 22 выходом устройства через третий 26 конденсатор, а первый 15 выход устройства соединен с четвертым 24 выходом устройства через четвертый 27 конденсатор.

Рассмотрим работу АСС фиг.2 в диапазоне средних частот, когда влиянием конденсаторов 18, 20 и 26, 27 можно пренебречь из-за малого сопротивления на переменном токе.

Увеличение напряжения uy (17) канала «Y» (положительная «полуволна») приводит к появлению синфазных токов через резисторы 21 и 19, которые «втекают» в общие эмиттерные цепи транзисторов 9, 10 и 5, 6:

При этом токи эмиттеров транзисторов 9 и 10 увеличиваются от статического уровня I0 на величину iy, а токи эмиттеров транзисторов 5 и 6 уменьшаются на величину от статического уровня I0:

При увеличении суммарного тока эмиттерной цепи транзисторов 9 и 10 их коэффициент усиления по напряжению со входов 1 и 2 увеличивается

а транзисторов 5 и 6 уменьшается

где φт≈26 мВ - температурный потенциал;

Rн.экв - эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи выходов 16, 22 и 15, 24.

Поэтому дифференциальное выходное напряжение АСС между выходами 15 и 16 пропорционально произведению ux и uy:

Из (7) следует, что заявляемое устройство обеспечивает смешение (перемножение) двух сигналов при однофазном управлении по каналу «Y», что подтверждается результатами моделирования фиг.4, фиг.5.

В СВЧ-смесителях сигналов фиг.2 резисторы 21 и 19 могут выполнять функции устройств согласования источника входного напряжения канала «Y» 17 uy и АСС с заданным волновым сопротивлением, например 50 Ом.

Замечательная особенность заявляемого устройства фиг.2 - возможность работы при малых напряжениях питания (например,±1 В), что позволяет рекомендовать его схему для использования в системах СВЧ-связи, реализуемых на основе SiGe техпроцессов.

Таким образом, предлагаемое техническое решение является дальнейшим развитием широко распространенного смесителя Гильберта [1-10] и характеризуется отсутствием фазорасщепителя сигнала по каналу «Y» - одного из основных источников погрешности АСС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент DE 10351115, fig. 4.

2. Патент US №7.356.317, fig. 2.

3. Патент US №6.178.320, fig. 2.

4. Патент US №4.912.520 fig. 2.

5. Патент US №6.871.057, fig. 1.

6. Патент WO 2010062702.

7. Патент US №6.396.330, fig. 10.

8. Патент EP 1480333, fig. 17.

9. Патентная заявка US №2010/0164595, fig. 2.

10. Патент JP 2010-206263 (P2010-206263A).

Аналоговый смеситель сигналов, содержащий первый (1) и второй (2) противофазные входы, к которым подключены соответствующие первый (3) и второй (4) источники сигналов канала «X», первый (5) и второй (6) входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому (1) и второму (2) противофазным входам, а объединенные эмиттеры через первый (7) токостабилизирующий двухполюсник соединены с первой (8) шиной источника питания, третий (9) и четвертый (10) входные транзисторы, базы которых подключены к соответствующим первому (1) и второму (2) противофазным входам, а эмиттеры соединены с первым выводом второго (11) токостабилизирующего двухполюсника, первый (12) и второй (13) двухполюсники нагрузки, включенные между второй (14) шиной источника питания и соответствующими первым (15) и вторым (16) выходами устройства, связанными с коллекторами соответствующих первого (5) и второго (6) входных транзисторов, источник входного напряжения канала «Y» (17), связанный с эмиттерами первого (5) и второго (6) входных транзисторов через последовательно соединенные первый (18) конденсатор и первый (19) вспомогательный резистор, последовательно соединенные второй (20) конденсатор и второй (21) вспомогательный резистор, отличающийся тем, что второй (11) токостабилизирующий двухполюсник включен между объединенными эмиттерами третьего (9) и четвертого (10) входных транзисторов и второй (14) шиной источников питания, источник входного напряжения канала «Y» (17) соединен с объединенными эмиттерами третьего (9) и четвертого (10) входных транзисторов через последовательно соединенные второй (20) конденсатор и второй (21) вспомогательный резистор, коллектор третьего (9) входного транзистора, соединенный с третьим (22) выходом устройства, связан с первой (8) шиной источника питания через третий (23) двухполюсник нагрузки, коллектор четвертого (10) входного транзистора связан с четвертым (24) выходом устройства и подключен к первой (8) шине источника питания через четвертый (25) двухполюсник нагрузки, причем второй (16) выход устройства связан с третьим (22) выходом устройства через третий (26) конденсатор, а первый (15) выход устройства соединен с четвертым (24) выходом устройства через четвертый (27) конденсатор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах и измерительной технике для селекции (избирательности) и преобразования частоты модулированных радиосигналов.

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в структуре радиоприемных устройств ВЧ и СВЧ диапазонов. .

Изобретение относится к технике измерений, в частности к измерению интенсивности электромагнитного излучения с пространственным и поляризационным разрешением. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах фазовой автоподстройки умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого зависит от уровня сигнала управления.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к балансному СВЧ-смесителю ортомодного типа для приемопередающей и измерительной аппаратуры. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для формирования однополосного сигнала в различных радиотехнических устройствах, а также для обратного преобразования (демодуляции) однополосного сигнала.

Изобретение относится к области локации и связи с помощью радио или акустических средств и может быть использовано для обнаружения отраженных или связных сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для смешения и умножения частот в радиотехнической и измерительной аппаратуре. .

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиоприемным устройствам прямого преобразования, и может быть использовано в составе программно-определяемых радиоприемных устройств (Software Defined Radio).Технический результат заключается в увеличении степени подавления помех по зеркальному каналу при одновременном упрощении устройства. Приемник прямого преобразования с квадратурно-трехфазной архитектурой содержит: радиочастотный усилитель, сплиттер, первый и второй балансные смесители, синтезатор частоты, первый и второй фильтры нижних частот, первый и второй умножающие цифроаналоговые преобразователи, первый второй и третий автоматические регуляторы, преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, тактовый генератор, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, регистр шины данных, микроконтроллер. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике цифровой сотовой радиосвязи, и может быть использовано для создания цифровых радиотелефонных сетей нового поколения. Технический результат заключается в создании радиотракта с цифровым (номерным) способом вызова и адресации корреспондентов, обеспечивающего конфиденциальность передачи информации. Предложены способ адресации корреспондентов мобильной радиосети, основанный на принципе кодового разделения каналов, и устройство динамической адресации радиосредств мобильной радиосети. Устройство состоит из Регистра передаваемых команд, Регистра принимаемых команд, Регистра динамической адресации передатчика, Регистра динамической адресации приемника, Генератора псевдослучайных кодовых последовательностей передатчика, Генератора псевдослучайных кодовых последовательностей приемника, Модулятора и Демодулятора радиочастотных сигналов, Блока вычислителя-преобразователя кодов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх