AD633模拟相乘功能设计与实现

李姣军

（重庆理工大学电子信息与自动化学院，重庆 400050）

实验技术与方法

AD633模拟相乘功能设计与实现

李姣军

（重庆理工大学电子信息与自动化学院，重庆 400050）

针对高频电子线路实验教学的特点，提出利用模拟乘法器AD633的相乘功能来实现振幅调制、解调以及混频电路的功能，并通过几个典型实例介绍了仿真软件Multisim13在高频电子线路教学和实验中的应用。仿真结果表明，稳定性高的AD633可以较好地实现各种功能，通过仿真技术辅助理论教学可以有效改善实验条件和效果，有利于提高高频电子线路实验课程的教学质量。

AD633；高频电子线路；调制解调；混频；Multisim13

高频电子线路是电气、电子信息、通信等专业的一门重要基础课程，该课程以电路分析、电子技术基础、信号与系统等先修课程为基础，重点培养学生设计和运用各种高频电子线路的能力，并为后续专业课的学习打下坚实的基础［1－3］。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等过程均可视为2个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件（如二极管和三极管）简单、实用，而且性能优越，所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多［4－5］。传统的实验教学采用MC、LM系列的模拟乘法器实现高频电路的调制、解调和混频等功能，但由于这类模拟乘法器自身的偏差和不稳定性，会降低高频电子线路的性能，在实验调试过程中，常出现性能指标不稳定的情况。AD633作为一款低成本四象限模拟乘法器，其单片集成结构和激光校准使AD633性能稳定而可靠，满足高频电子线路对于模拟元器件可靠性和稳定性要求。本文提出基于AD633模拟乘法器实现调制、解调以及混频功能，通过Multisim13仿真并分析基于AD633的高频相乘电路的性能，实验和仿真结果对高频电子线路的实践教学具有重要的指导意义。

1 基于AD633的电路设计

1．1 AD633相乘功能描述

AD633是一种性能高、稳定性好的低成本模拟乘法器，适用于注重简单性和低成本的各种应用中。AD633的多功能性不受其简单性的影响，可以设置为多种不同的模拟计算功能，主要的应用包括调制／解调、自动增益控制、功率测量、压控放大器和倍频器［67］。AD633相乘功能基本连接如图1所示，AD633模拟乘法器由高阻抗差分X、Y输入和高阻抗

图1 AD633乘法器基本连接图

求和输入Z，以及低阻抗电压输出W组成。差分X和Y输入通过电压电流转换器转换成差分电流，这些电流的乘积由乘法核产生。总的传递函数可以表示为

1．2 振幅调制电路

振幅调制以DSB调制为例［8］。利用AD633的相乘功能设计DSB调制电路如图2所示，振幅调制电路主要以模拟乘法器AD633为核心，1、2管脚差分输入频率为1kHz的低频信号，3、4管脚差分输入频率为1MHz的高频载波信号。两信号经AD633相乘，按照式（1）所示的传递函数进行计算，由7管脚输出调制信号，从而实现振幅调制。

图2 DSB振幅调制电路图

1．3 解调电路

DSB解调电路采用同步检波方式，利用AD633AN的相乘功能实现乘积型同步检波。乘积型同步检波是直接把本地恢复的解调载波与接收信号相乘，然后用低通滤波器提取低频信号。在这种检波器中，要求本地的解调波与发送端的调制载波同频同相，如果其频率或相位有一定的偏差，将会使恢复出来的调制信号失真［9］。同步检波器是由AD633模拟乘法器和低通滤波器两部分组成，用于对抑制载波的双边带调幅波进行解调。同步检波电路见图3，由图2产生的DSB调制信号输入到U1的X1端，DSB解调信号经过由OP07AH构成的低通滤波器，输出滤波后的解调信号，从而实现DSB解调。

图3 同步检波电路图

1．4 混频电路

如图4所示，利用AD633AN的相乘功能设计混频电路，即在AD633AN的X端和Y端分别输入2个不同频率的信号，再经过带通滤波器提取出中频信号。混频电路由双边带调制电路（见图1）、本地振荡电路和带通滤波电路构成。由图1产生的高频信号经U2的X1端输入，和本地振荡信号相乘后得到一个中频信号，由U2的W端输出，经过带通滤波后，最终输出混频信号。

图4 混频电路图

2 电路调试与仿真

Multisim13软件是一个专门用于高频电子线路仿真与设计的EDA工具软件。Multisim13具有庞大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模SPICE仿真功能、RF射频设计能力和后处理等功能。将电路设计与仿真软件Multisim13应用于高频电子线路的教学与实验，可以让学生比较容易理解电路的工作原理和信号波形的变化。通过对几个重要的高频电路实例进行仿真，能够以更加形象直观的方式使学生轻松地理解教学内容［10－13］。本文以基于AD633设计的DSB调制、解调、混频电路为例，采用Multisim13对所设计的电路进行仿真。

2．1 振幅调制电路仿真

设置AD633的参数，X1端输入频率为50Hz的调制信号，X3端口输入频率为1MHz的载波信号。运行Multisim13，DSB调制仿真结果见图5。

图5 已调波信号仿真图

由图5可看出，双边带调幅信号的幅度仍然随调制信号而变化，但其包络不再反映调制信号波形的变化，而且在调制信号正半周区间的载波相位与调制信号负半周的载波相位反相，即在调制信号波形过零点处的高频相位发生了180°的突变。这种只发射边带不发射载波的抑制载波双边带调幅波克服了普通调幅波功率利用率低的缺点。

2．2 解调电路仿真

对DSB信号进行解调，本地载波信号选取与调制信号同频同相的频率为1MHz的正弦载波信号。由于不经过低通滤波器的解调信号含有高频分量，需要对信号进行低通滤波。经过低通滤波器后的DSB解调信号见图6。解调输出的信号与调制前信号一致，波形较为规整。仿真结果证明了基于AD633的同步检波电路可以实现DSB信号的解调功能。

图6 经过低通滤波器后的DSB解调信号

2．3 混频电路仿真

由图7可知，频率为1MHz的双边带调制信号和频率为100kHz的正弦载波信号经过混频后，经带通滤波得到的波形与混频前的波形基本一致，得到的频率为1．1MHz的中频信号，与信号的混频理论值一致。仿真结果表明基于AD633的混频电路能够实现DSB信号与另一个本地振荡信号进行混频。

图7 混频信号

3 结束语

AD633模拟乘法器性能稳定而可靠，性价比高，适当添加外围电路就可方便地实现各种功能，具有广泛的应用前景。采用Multisim13对DSB调制、解调以及混频等实验电路进行设计并仿真，仿真结果表明，利用AD633的相乘功能可以很好地实现DSB调制、解调以及混频功能，高频电路仿真结果与理论结果相符。并且，利用仿真平台对高频电路进行分析，可以有效避免高频电路实验中高频信号的不稳定和易受外界干扰的情况，通过修改元器件参数以及替换元器件，可以方便地观察不同情况下电路性能的变化情况，加深学生对理论知识的理解和掌握。此外，利用Multisim13设计的高频电路实验平台对电路进行仿真分析，对提高高频电子线路的实验教学质量、提高学生的创新意识和设计能力具有重要作用。

（References）

［1］刘静波．高频电子线路实践教学的建设和探索［J］．电气电子教学学报，2006（4）：87－90，111．

［2］朱高中．基于Multisim仿真软件在高频实验教学中的应用研究［J］．实验技术与管理，2012，29（11）：106－108，140．

［3］陆静霞，李林，邹春富．基于仿真软件的高频电子线路实验优化［J］．实验室研究与探索，2011，30（5）：50－54，59．

［4］程燕，陈南．模拟乘法器ADL5391的原理与应用［J］．电子设计工程，2013（9）：110－113．

［5］赵军军．模拟乘法器在信号处理中的应用［J］．无线电工程，2005（8）：47－49．

［6］张颖．基于MC1496的振幅调制、同步检波电路的实现与仿真［J］．电子世界，2012（21）：64－65．

［7］王丽．乘法器AD633在动平衡机设计中的应用［J］．空军工程大学学报：自然科学版，2007（5）：84－86．

［8］程秀英，侯卫周．基于Multisim 10．1的抗载波DSB调幅电路的仿真分析［J］．实验技术与管理，2012，29（8）：106－110．

［9］姚曼．用MC1596设计同步检波器的Multisim仿真研究［J］．高科技与产业化，2010（8）：98－99．

［10］于波，吕秀丽，李玉爽．Multisim11在高频电子线路教学中的应用［J］．现代电子技术，2011（10）：193－195，198．

［11］唐路，苗澎，田玲．Multisim在“通信电子线路”实验教学中的应用［J］．电气电子教学学报，2012（5）：64－66．

［12］胡昭华，吴佑林．基于Multisim的“高频电子线路”教学研究［J］．电气电子教学学报，2010（6）：116－117，120．

［13］高远，姚澄，朱昌平．高频电子线路仿真实验的设计与实现［J］．实验室研究与探索，2009，28（2）：85－88．

Design and realization on analog multiplication function of AD633

Li Jiaojun
（School of Electronic Information and Automation，Chongqing University of Technology，Chongqing 400050，China）

The high Frequency Electronic Circuit is an essential course that attaches importance to theory and practice．The troublesome theoretical knowledge is difficult for students to understand．According to the characteristics of High Frequency Electronic Circuit experimental teaching，the amplitude modulation，demodulation and mixing applications based on the multiplication function of analog multiplier AD633are proposed．These typical examples are introduced to show the applications of the simulation software Multisim13in the High Frequency Electronic Circuit teaching and experiments．The simulation results show that AD633with high stability can achieve the expected functions perfectly．Practice has proven that the teaching assisted by computer simulation technology can make the experimental conditions and teaching achievements better and contribute to improve the quality of the experimental course of High Frequency Electronic Circuit．

AD633；high frequency electronic circuit；modulation and demodulation；mixing frequency；Multisim13

TP332．2；G642．432

A

1002－4956（2015）3－0047－03

2014－07－17 修改日期：2014－09－05

重庆市高等教育学会高等教育科学研究课题项目（CQGJ13C558）；重庆理工大学2013年高等教育教学改革研究课题重点项目（2013zd04）；重庆理工大学重大教学成果培育项目“普通高等学校电子技术精品课程及资源共享课课程建设与实践”

李姣军（1965—），女，湖南娄底，硕士，教授，硕士研究生导师，研究方向为OFDM及WPDM多载波通信、低压电力线通信、弱信号检测、信号处理与仿真等研究．

E－mail：cqjiao＠163．com