模拟乘法器ADL5391的原理与应用

摘要：简单介绍了ADI公司推出的新一代高性能模拟乘法器ADL5391的主要特性和工作原理。给出了基于ADL5391的宽带乘法器的典型应用电路，并对其进行了测试。最后设计了基于ADL5391的二倍频电路，测试结果表明该二倍频电路具有性能稳定、工作频带宽、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
关键词：ADL5391；模拟乘法器；宽带乘法器；二倍频电路

模拟乘法器是现代信号处理系统的重要组成单元，它广泛应用于锁相环、混频器、滤波器等信号处理电路中。ADL5391是美国ADI公司推出的宽频带、高性能、超对称的模拟乘法器。它具有2 GHz的可用带宽，是此前所有模拟乘法器所无法相比的。同时，ADL5391也是目前速度最快的模拟乘法器芯片之一。它将所有电路集成于一块芯片之中，使得ADL5391具有极高的速度。在文中的应用实例中，设计了一种基于ADL5 391的二倍频电路，可对输入的信号进行准确的二倍频，电路性能稳定，可广泛应用于混频、倍频、脉冲调制等领域。

1 ADL5391的主要特性
ADL5391凝聚了ADI公司三十年的先进模拟乘法器技术经验，其主要特性如下：
1)DC至2 GHz对称乘法器，传递函数为VW=αx(VXxVY)／1 V+Vz；
2)独特的设计确保了X、Y的绝对对称，X、Y的幅度／时间响应相同；
3)可调、不随温度而变化、增益调整为α；
4)完全差分输入／输出或单端操作；
5)低噪声和高输出线性度；
6)单电源供电：4．5～5．5 V，130 mA；
7)3x3 mm、16引脚小型LFCSP封装。

2 ADL5391的工作原理
ADL5391的功能结构框图如图1所示，传递函数由下式给出：
W=aXY／U+Z (1)
其中：X和Y是被乘数；U是乘法器的比例因子；α是乘法器增益；W是乘法器的输出；Z是一个求和输入。所有的变量和比例因子单位都是伏特。

ADL5391最重大的改进就是采用了新型乘法器内核架构，它与自1970年开始使用的传统架构明显不同。传统的模拟乘法器(如AD835)几乎完全由吉尔伯特单元的拓扑结构或与其相近的电路实现。X和Y不对称的信号路径造成了X和Y之间幅度和时延的不平衡，这在高频时会出现问题。在ADL5391中，新型的乘法器内核提供了X和Y之间绝对的对称，尽量减小吉尔伯特单元中本身的差异。
ADL5391的功能结构框图展示了主乘法器单元和反馈乘法器单元，其中主乘法器用于接收X和Y输入信号，反馈乘法器位于反馈路径上，围绕在积分缓冲区附近，它的输入量是输出信号与求和输入信号之差(W-Z)，和内部比例参考值。其中，反馈乘法器和主乘法器是相同的，由于该反馈乘法器基本上补偿了主乘法器上产生的缺损，因此常见的噪声、漂移或失真基本上被限制在了一阶。

3 ADL5391的应用实例
ADL5391主要运用于高频信号的运算和处理，如宽带的乘法和加法，高频模拟调制，自适应天线，平方律探测器，倍频等。以下给出了基于ADL5391的宽带乘法器电路，并且设计了基于该模拟乘法器的二倍频电路，并对其分别进行了性能测试。