模擬乘法器ADL5391的原理與應用

摘要：簡單介紹了ADI公司推出的新一代高性能模擬乘法器ADL5391的主要特性和工作原理。給出了基于ADL5391的寬帶乘法器的典型應用電路，并對其進行了測試。最后設計了基于ADL5391的二倍頻電路，測試結果表明該二倍頻電路具有性能穩定、工作頻帶寬、測量精度高、抗干擾能力強等優點。
關鍵詞：ADL5391；模擬乘法器；寬帶乘法器；二倍頻電路

模擬乘法器是現代信號處理系統的重要組成單元，它廣泛應用于鎖相環、混頻器、濾波器等信號處理電路中。ADL5391是美國ADI公司推出的寬頻帶、高性能、超對稱的模擬乘法器。它具有2 GHz的可用帶寬，是此前所有模擬乘法器所無法相比的。同時，ADL5391也是目前速度最快的模擬乘法器芯片之一。它將所有電路集成于一塊芯片之中，使得ADL5391具有極高的速度。在文中的應用實例中，設計了一種基于ADL5 391的二倍頻電路，可對輸入的信號進行準確的二倍頻，電路性能穩定，可廣泛應用于混頻、倍頻、脈沖調制等領域。

1 ADL5391的主要特性
ADL5391凝聚了ADI公司三十年的先進模擬乘法器技術經驗，其主要特性如下：
1)DC至2 GHz對稱乘法器，傳遞函數為VW=αx(VXxVY)／1 V+Vz；
2)獨特的設計確保了X、Y的絕對對稱，X、Y的幅度／時間響應相同；
3)可調、不隨溫度而變化、增益調整為α；
4)完全差分輸入／輸出或單端操作；
5)低噪聲和高輸出線性度；
6)單電源供電：4．5～5．5 V，130 mA；
7)3x3 mm、16引腳小型LFCSP封裝。

2 ADL5391的工作原理
ADL5391的功能結構框圖如圖1所示，傳遞函數由下式給出：
W=aXY／U+Z (1)
其中：X和Y是被乘數；U是乘法器的比例因子；α是乘法器增益；W是乘法器的輸出；Z是一個求和輸入。所有的變量和比例因子單位都是伏特。

ADL5391最重大的改進就是采用了新型乘法器內核架構，它與自1970年開始使用的傳統架構明顯不同。傳統的模擬乘法器(如AD835)幾乎完全由吉爾伯特單元的拓撲結構或與其相近的電路實現。X和Y不對稱的信號路徑造成了X和Y之間幅度和時延的不平衡，這在高頻時會出現問題。在ADL5391中，新型的乘法器內核提供了X和Y之間絕對的對稱，盡量減小吉爾伯特單元中本身的差異。
ADL5391的功能結構框圖展示了主乘法器單元和反饋乘法器單元，其中主乘法器用于接收X和Y輸入信號，反饋乘法器位于反饋路徑上，圍繞在積分緩沖區附近，它的輸入量是輸出信號與求和輸入信號之差(W-Z)，和內部比例參考值。其中，反饋乘法器和主乘法器是相同的，由于該反饋乘法器基本上補償了主乘法器上產生的缺損，因此常見的噪聲、漂移或失真基本上被限制在了一階。

3 ADL5391的應用實例
ADL5391主要運用于高頻信號的運算和處理，如寬帶的乘法和加法，高頻模擬調制，自適應天線，平方律探測器，倍頻等。以下給出了基于ADL5391的寬帶乘法器電路，并且設計了基于該模擬乘法器的二倍頻電路，并對其分別進行了性能測試。