超高速模擬乘法器 AD835：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

大家好，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，模擬乘法器是一種非常重要的器件，它在信號(hào)處理、調(diào)制解調(diào)等諸多方面都有著廣泛的應(yīng)用。今天，我要和大家深入探討一款高性能的模擬乘法器——AD835。

文件下載：AD835.pdf

一、AD835 主要特性

1. 運(yùn)算簡單與功能完整

AD835 的基本運(yùn)算公式為 (W=X Y+Z)，設(shè)計(jì)十分簡潔。并且它僅需要極少的外部組件，就能實(shí)現(xiàn)各種功能，為我們的設(shè)計(jì)帶來了極大的便利。想象一下，在設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的電路系統(tǒng)時(shí)，減少外部組件可以降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本，同時(shí)還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2. 速度極快

它能在 20 ns 內(nèi)穩(wěn)定到滿量程（FS）的 0.1%，-3 dB 輸出帶寬可達(dá) 250 MHz，小信號(hào)上升時(shí)間僅為 1 ns。在高速信號(hào)處理的應(yīng)用場景中，這樣的速度優(yōu)勢是非常關(guān)鍵的。比如在高速通信系統(tǒng)中，能夠快速準(zhǔn)確地處理信號(hào)，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和處理。

3. 輸入輸出特性良好

• 輸入特性：X、Y 和 Z 輸入具有高差分輸入阻抗，輸入差模電壓范圍可達(dá) ±1 V，輸入電阻為 100 kΩ，單端電容為 2 pF。高阻抗的輸入可以減少對信號(hào)源的負(fù)載影響，保證信號(hào)的準(zhǔn)確性。
• 輸出特性：直流耦合電壓輸出，低阻抗輸出電壓（W）可提供高達(dá) ±2.5 V 的電壓，能驅(qū)動(dòng)低至 25 Ω 的負(fù)載。這樣的輸出能力使得它在不同的負(fù)載條件下都能穩(wěn)定工作。

  4. 低噪聲

  乘法器噪聲低至 50 nV/√Hz，這使得它在低電平信號(hào)處理應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如作為寬帶增益控制元件或調(diào)制器時(shí)，能夠有效減少噪聲對信號(hào)的干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量。

二、工作原理深度剖析

1. 基本理論

AD835 基于經(jīng)典的跨導(dǎo)線性核心，由三個(gè)（X、Y 和 Z）線性化電壓 - 電流轉(zhuǎn)換器和負(fù)載驅(qū)動(dòng)輸出放大器組成。其功能表達(dá)式為 (W=frac{(X 1-X 2)(Y 1-Y 2)}{U}+Z)，當(dāng)作為簡單乘法器使用，且 (X=X 1-X 2)，(Y=Y 1-Y 2)，(Z = 0) 并調(diào)整比例因子使 (U = 1V) 時(shí)，輸出可簡化為 (W = XY)。

2. 縮放調(diào)整

公式中 U 的基本值標(biāo)稱是 1.05 V，可通過 W（引腳 5）和 Z（引腳 4）之間的電阻分壓器將 U 的有效值調(diào)整為較低電壓（通常為 1 V）。調(diào)整后的公式為 (W=frac{X Y}{(1-k) U}+Z')，其中 (U^{prime }=(1-k)U)。在實(shí)際應(yīng)用中，如果對乘法器的精確增益要求不高，這個(gè)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可以省略，或者將 R2 固定為 100 Ω。大家在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體需求來決定是否進(jìn)行縮放調(diào)整哦。

三、豐富的應(yīng)用場景

1. 寬帶壓控放大器

• 電路配置與增益控制：AD835 可配置為提供標(biāo)稱 0 dB 到 12 dB 的增益，控制范圍實(shí)際可從遠(yuǎn)低于 -12 dB 到約 +14 dB。R1 和 R2 可將增益設(shè)置為標(biāo)稱 ×4，通過添加峰值電容 C1 可部分抵消因增益增加而導(dǎo)致的帶寬減小。
• 電源靈活性：該電路雖使用雙電源，但 AD835 也可通過簡單修改后使用單 9 V 電源（如 9 V 電池）工作。當(dāng) (G = 0 dB) 時(shí)，省略 R1 和 R2，并將引腳 Z 直接接地。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要根據(jù)電源的可用性和電路的具體要求來選擇合適的電源方案。

2. 幅度調(diào)制器

• 簡單調(diào)制原理：在簡單調(diào)制器應(yīng)用中，載波信號(hào)施加到 Y 輸入和 Z 輸入，調(diào)制信號(hào)施加到 X 輸入。當(dāng) X 輸入約為 ±1 V（實(shí)際為 ±U 或約 1.05 V）時(shí)，對應(yīng)調(diào)制指數(shù)為 100%。載波和調(diào)制頻率最高可達(dá) 300 MHz。若要實(shí)現(xiàn)抑制載波調(diào)制器，可省略對 Z 輸入的前饋，將該引腳接地。這種靈活性使得我們可以根據(jù)不同的調(diào)制需求來設(shè)計(jì)電路。

  3. 平方與倍頻器

• 平方功能：將 X 和 Y 輸入并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)在幅度域的平方運(yùn)算，輸出為 (E^{2}/U)。輸入信號(hào)可以有正負(fù)極性，但輸出始終為正，若要反轉(zhuǎn)輸出極性，可交換 X 或 Y 輸入。
• 倍頻功能：當(dāng)輸入為正弦波 (E sin ωt) 時(shí)，信號(hào)平方器可作為倍頻器，輸出為 (frac{E^{2}}{2 U}(1 - cos 2ωt))。不過該輸出存在直流項(xiàng)，會(huì)隨輸入幅度 E 變化。而圖 24 所示的倍頻器通過巧妙的電路設(shè)計(jì)克服了這一限制，在適中的寬頻率范圍內(nèi)提供相對恒定的輸出，輸出幅度在 ±10% 的頻率范圍內(nèi)變化僅為 0.5%，且輸出無平方直流分量，輸入幅度的突然變化不會(huì)導(dǎo)致直流電平的跳動(dòng)。這種倍頻器在一些對頻率穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用中非常實(shí)用。

四、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與重要注意事項(xiàng)

1. 技術(shù)參數(shù)

• 輸入特性：包括差模電壓范圍、差模削波電平、低頻非線性、共模電壓范圍、失調(diào)電壓與溫度關(guān)系、偏置電流與溫度關(guān)系等。這些參數(shù)影響著輸入信號(hào)的處理精度和穩(wěn)定性。
• 動(dòng)態(tài)特性：如 -3 dB 小信號(hào)帶寬、-0.1 dB 增益平坦度頻率、壓擺率、差分增益誤差、差分相位誤差、諧波失真、建立時(shí)間等。動(dòng)態(tài)特性是衡量乘法器在高速信號(hào)處理能力的重要指標(biāo)。
• 輸出特性：電壓擺幅與溫度關(guān)系、電壓噪聲譜密度、失調(diào)電壓與溫度關(guān)系、短路電流、比例因子誤差與溫度關(guān)系、線性度與溫度關(guān)系等。輸出特性直接影響著最終輸出信號(hào)的質(zhì)量。
• 電源特性：電源電壓、靜態(tài)電源電流與溫度關(guān)系、電源抑制比（PSRR）等。合適的電源參數(shù)是保證乘法器正常工作的基礎(chǔ)。

  2. 絕對最大額定值與靜電放電防護(hù)

• 絕對最大額定值：包括電源電壓 ±6 V、內(nèi)部功耗 300 mW、工作溫度范圍 -40°C 到 +85°C、存儲(chǔ)溫度范圍 -65°C 到 +150°C、焊接引腳溫度（60 秒）300°C、ESD 額定值（HBM 1500 V，CDM 250 V）等。在使用過程中，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。
• 靜電放電防護(hù)：AD835 是靜電放電（ESD）敏感器件，即使產(chǎn)品具有專利或?qū)Ｓ?a href="http://m.brongaenegriffin.com/tags/保護(hù)電路/" target="_blank">保護(hù)電路，但高能量 ESD 仍可能對器件造成損壞。因此，在操作過程中要采取適當(dāng)?shù)?ESD 預(yù)防措施，如佩戴防靜電手環(huán)、使用防靜電工作臺(tái)等，以避免性能下降或功能喪失。

五、封裝與訂購信息

AD835 提供 8 引腳 PDIP 封裝（N）和 8 引腳 SOIC 封裝（R），并規(guī)定在 -40°C 到 +85°C 的工業(yè)溫度范圍內(nèi)工作。在訂購時(shí)，可根據(jù)具體需求選擇不同的型號(hào)，如 AD835ANZ、AD835AR 等，其中 Z 表示符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的部件。

AD835 以其高速、低噪聲、多功能等特性，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但在實(shí)際使用時(shí)，我們要充分理解其工作原理和各項(xiàng)參數(shù)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，同時(shí)注意靜電防護(hù)等問題，才能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。希望今天的分享能對大家在使用 AD835 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助，大家在實(shí)際應(yīng)用過程中遇到任何問題，歡迎一起交流探討！