article Orcad

УДК 621.374
Прокопенко Н.Н., Бутырлагин Н.В., Пахомов И.В.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса,
г. Шахты
Моделирование аналогового смесителя в программе Orcad 9.1
В современных системах телекоммуникаций в качестве смесителей
двух
сигналов
находят
применение
различные
модификации
перемножающей ячейки Гильберта [1] (термин «ячейка Гильберта» широко
используется
в
микроэлектронике
и
обозначает
«перемножающую»
архитектуру на основе двух дифференциальных каскадов с перекрестным
включением коллекторов входных транзисторов). Одной из проблем при
проектировании смесителей в СВЧ диапазоне является коэффициент
усиления. Архитектура смесителя рис. 1 позволяет повысить коэффициент
усиления Ку смесителя для его основных f x  f y , f x  f y
выходных
гармоник, в т.ч. промежуточной частоты f x  f y при низковольтном (±5 В)
питании.
R1
R3
+
+
R2
Вых.1
C1
R4
Вых.2
C2
VT2
VT1
VT3
VT4
I1 = var
I2
I3
-
Вход х
-
Х
-
Вход у
-
Рисунок 1 – Аналоговый смеситель на основе ячейки Гильберта
Для моделирования смесителя используется программа Orcad версии
9.1. На рис. 2 показана принципиальная схема смесителя рис. 1 в редакторе
Capture на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».
R1
R5
100
100
R2
1k
R3
1k
C2
{Cvar}
C1
{Cvar}
VT2
out1
VT1
out2
TN15S
PARAMETERS:
TN15S
VT5
Vx = 0
Vy = 0
Cvar = 900u
Ivar = 690u
VT4
0
1m
TN15S TN15S
I2
{Ivar}
1m
I1
V1
5V
0
I3
x+
DC = {Vx}
AC = 1
VOFF = 0
VAMPL = 1m
FREQ = 1Meg
0
x-
TN15S
V5
V11
V12
-2.2
-2.2
0
VT6
VT8
VT7
VT9
TN15S
5V
TN15S
V8
FREQ = 1Meg
VAMPL = 1m
VT10
VOFF = 0
y+
AC = 1
DC = {Vx}
TN15S
AC = 1
V9
4m
DC = {Vy}
0
V6
VOFF = 0
VAMPL = 10m
-3.4
FREQ = 10K
VT11
V2
TN15S
y-
TN15S
I4
V7
-3.4
0
V10
FREQ = 10K
VAMPL = 10m
VOFF = 0
DC = {Vy}
AC = 1
ve
e
0
Рисунок 2 – Принципиальная схема смесителя в редакторе Capture
Для
моделирования
коэффициента
преобразования
необходимо
использовать анализ по переменному току, который представляет собой
определение реакции цепи на изменение частоты. PSpise определяет
малосигнальную
реакцию
цепи
на
комбинацию
входных
сигналов.
Поскольку анализ по переменному току является линейным, определяются
только амплитуда и фаза реакции, напряжение и ток не ограничиваются. На
рис. 3 показан график коэффициента усиления смесителя в зависимости от
частоты при различных значениях источника тока I1.
Рисунок 3 - Коэффициент усиления по напряжению, при I1=0÷690мкА, с
шагом 115мкА
Для моделирования проходной характеристики смесителя необходимо
использовать анализ по постоянному току (dc sweep). При вычислении
реакции аналоговой цепи на воздействие постоянного тока PSpise не
производит временной анализ. Это осуществляется путём исключения из
схемы конденсаторов, закорачивания всех индуктивностей и использования
только постоянной составляющей источников напряжения и тока [2]. На рис.
4 показана проходная характеристика смесителя рис. 2.
Рисунок 4 - Зависимость выходного напряжения Ux при разных значениях
напряжения Uy.
Для моделирования переходных процессов в смесителях используется
временной анализ (transient), показывающий как выходной сигнал изменяется
во временной области.
Рисунок 5 - Осциллограмма выходного напряжения, при Ux=1мВ, Fx=1МГц,
Uy=10мВ, Fy=10кГц, при I1=220мкА, С1=С2=900мкФ.
На рис. 5 показана осциллограмма выходного напряжения при подаче
на вход X сигнала с амплитудой 1 мВ.
Был промоделирован аналоговый смеситель сигналов с повышенным
значением коэффициента усиления по сравнению с классическими схемами в
программе Orcad 9.1.
Библиографический список
1. Заявка 2008/113644, US, H04B 1/40 Low Noise Mixer / Saverio Trotta;
заявл. 14.11.2006, опубл. 15.03.2008
2. Ю.И.
Болотовский,
Г.И.
Таназлы
«Поваренная» книга, 2005,- С. 193
OrCAD
Моделирование