Introduzione al Doubling Frequenza Attiva con Ampli Op

Il raddoppio di frequenza è una tecnica fondamentale nell'ingegneria della radiofrequenza (RF), consentendo la generazione di segnali esattamente due volte la frequenza di una fonte di input. Questo processo è critico in applicazioni come la sintesi di frequenza, la modulazione e il segnale upconversion, dove è richiesta una generazione armonica precisa.

Comprendere il raddoppio di frequenza nei sistemi RF

Il doppio sistema di armonizzazione delle frequenze (anche indicato come seconda generazione armonica) è dotato di un sinusoide di ingresso alla frequenza f] e produce un'uscita ricca di contenuti a 2]f]. L'uscita ideale sarebbe un'onda di sine pura alla frequenza raddoppiata, ma i circuiti pratici generano inevitabilmente altri prodotti di armonizzazione di fase analogica e intermodulazione.

Multiplier di frequenza passiva di Versus attivo

I filtri di frequenza passivi si basano su un'interfaccia di tipo non lineare, che si basa su un'interfaccia di tipo a doppia uscita, che consente di integrare i limiti di potenza più bassi e di utilizzare i filtri a frequenza molto elevata (nella gamma gigahertz), ma che normalmente soffrono di perdita di conversione (la potenza di uscita a 2f[FLT: 1] è inferiore all'ingresso.

Tecniche Core Op-Amp per il raddoppio di frequenza

Diversi topologie di circuito possono realizzare il raddoppio di frequenza con gli amplificatori op. I metodi più comuni si basano sulla pressione del segnale di ingresso, utilizzando un rettificatore a onda piena seguito da un filtro, o utilizzando un IC moltiplicatore analogico. Ogni approccio ha compromessi in termini di complessità, larghezza di banda e purezza armonica.

Amplificatore di campionamento

[FLT] è un tipo di adattamento [FLT] [FLT] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT] [FLT]] [FLT:] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT]] [FLT]]]

Recensore a tutta la superficie con filtro

Un correttore di precisione a onde piene costruito con gli amplificatori op (ad esempio, usando due diodi e una configurazione di somma) produce un'uscita il cui valore medio è proporzionale al valore assoluto dell'ingresso.

Multiplier analogico

[L'alto numero di giri] [[L'alto livello di potenza] [[L'alto livello di potenza] [[L'alto] [[L] di uscita] [[L] di 4] [[L'alto livello di potenza di un'unità di rete] [[L] [[L]] di un'unità di rete] [[L'alto di uscita di corrente] [[L'alto] [Fl]]

Principi di progettazione per Doppiatori di frequenza basati su amplificatori Op

Indipendentemente dalla tecnica scelta di squaring, devono essere seguiti diversi principi di progettazione per garantire prestazioni robuste e ripetibili.

Selezione Amplificatore Op

Per il raddoppio di frequenza fino a pochi megahertz, il prodotto di guadagno dell'amplificatore (GBW) dovrebbe essere almeno 10 volte la frequenza di uscita di destinazione per fornire un guadagno sufficiente per la linearità.

Gestione del disordine e dell'offset di CC

I circuiti di sbavatura intrinsecamente producono un offset DC che varia con l'ampiezza dell'ingresso. Questo offset deve essere rimosso prima dell'uscita viene utilizzato, tipicamente tramite un condensatore di serie o un filtro ad alto passaggio. Inoltre, la tensione di offset dell'ingresso op amp può causare distorsioni di ordine uniforme nel blocco di squaring.

Design filtro

Il filtro di uscita di ALT (FLT): non è solo il filtro di ALT (FLT:0) di tipo passivo, ma anche un termine DC, la frequenza fondamentale (f), e le armoniche di ordine superiore (f, 4f

Considerazioni di elementi non lineari

Se si utilizza un circuito di diodi o transistor, gli elementi non lineari devono essere abbinati per la stabilità della temperatura e per il basso offset. I sistemi di transistor (come i transistor LM3046 o i transistor discreti) forniscono caratteristiche coerenti. Per i moltiplicatori diodi Schottky, la capacità di caduta della tensione in avanti e di giunzione deve essere considerata per il funzionamento ad alta frequenza.

Esempio di progettazione pratica: A Wideband Squaring Doubler

Per illustrare i principi, considerare un disegno che utilizza un moltiplicatore analogico AD633 seguito da un filtro attivo di bandpass. L'ingresso è un'onda di sine di 1 MHz con ampiezza 1 Vp]. L'AD633 è configurato per lo squaring connettendo i perni X1 e Y1 insieme (l'ingresso), con X2 e Y2 messa a terra.

Sfide e strategie di mitigazione

Linearità e distorsione

Tutti i circuiti di squaring sono intrinsecamente non lineari, che possono generare prodotti di intermodulazione quando l'ingresso contiene frequenze multiple. Per raddoppiare la singola tonacità, la preoccupazione primaria è il rapporto del 2f] componente al non desiderato fondamentale e terzo armonico.

Rumore e rumore di fase

Il processo di squaring moltiplica l'ampiezza di input, che può anche moltiplicare il rumore. Il rumore di fase di uscita di un doppiore di frequenza è teoricamente 6 dB peggiore del rumore di fase di ingresso (da quando la fase devia sono raddoppiati). Tuttavia, il pavimento di rumore dell'amplificatore op e qualsiasi filtro aggiunto può introdurre un ulteriore degrado.

Limitazioni di larghezza di banda

Per frequenze superiori a 10 MHz, circuiti di transistor discreti o moltiplicatori RFIC (ad esempio, HMC188) sono più adatti. Tuttavia, per molte applicazioni di base e IF (ad esempio, 1–50 MHz), gli amplificatori di potenza ad alta velocità moderni possono eseguire bene. Il progettista dovrebbe simulare il circuito utilizzando SPICE o uno strumento simile a quello di amplificatore.

Stabilità della temperatura

Per i raddoppiatori di precisione, utilizzare un amplificatore con un coefficiente di temperatura basso (ad esempio, <1 μV/°C) e, se possibile, un moltiplicatore a temperatura controllata. Un semplice intervento è quello di utilizzare il circuito in un ambiente controllato o di fornire un set di taratura che può essere regolato periodicamente.

Applicazioni di Doppiatori di Frequenza Op Amp-Based

La combinazione di guadagno attivo, filtraggio integrale e facilità di interfacciamento rende op-amp raddoppiatori attraenti in diversi contesti di RF e strumentazione:

  • Moltiplicatore oscillatore a bassa temperatura a frequenze come 5 MHz può essere raddoppiato a 10 MHz per l'uso in transceiver RF o generazione di clock. Utilizzando un doppiore op-amp, si conserva il rumore a bassa fase se progettato con attenzione.
  • Modulation and Upconversion:[] Nei modulatori a banda singola, il raddoppio di un subcarrier può essere combinato con un moltiplicatore analogico per produrre un vettore RF pulito. L'elevata impedenza di ingresso dell'op amp consente la connessione diretta ai miscelatori senza caricamento.
  • Test Equipment:[[]] I generatori di segnale e i contatori di frequenza spesso includono un doppio per estendere la loro gamma di output. Una soluzione op-amp permette di ottenere un guadagno regolabile e di filtrare incorporato per produrre un segnale di prova pulito.
  • Phase-Locked Loop (PLL) Frequency Sintesi:[[] I percorsi di feedback PLL richiedono a volte un doppio di frequenza per generare un riferimento più alto per il confronto di fase.
  • Doppler Radar e Spread Spectrum[]: In alcuni sistemi radar, una frequenza fissa viene raddoppiata per creare una forma d'onda composita per il rilevamento del bersaglio. I doppi Op-amp possono essere integrati con altri blocchi di elaborazione del segnale analogico sulla stessa scheda.

Grazie alla precisione e alla programmazione degli amplificatori moderni, gli ingegneri possono progettare raddoppiatori di frequenza che sono sia compatti che ad alta performance, soprattutto nella regione a basso rendimento dove i componenti attivi discreti offrono ancora un vantaggio.

Conclusioni

Progettare circuiti attivi per raddoppiare la frequenza con gli amplificatori opzionali fornisce un percorso flessibile ed efficace per generare segnali armonici nei sistemi RF. Se si utilizza un amplificatore di squaring, un rettificatore a onda piena con filtro, o un moltiplicatore analogico, la chiave per il successo si trova in un'attenta selezione degli elementi op amp e non lineari, un corretto biasing per gestire gli offset DC, e un robusto design filtro per il secondo armo

Riferimenti esterni:[