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HCMOS晶体振荡器的倍频器与乘法器

来源：http://konuaer.net 作者：康华尔电子 2020年06月12

HCMOS晶体振荡器的倍频器与乘法器
　　HCMOS逻辑集成电路产生的快速边沿含有丰富的谐波,可以有选择地进行调谐,以制作简单的倍频器.可以通过多种方式选择期望的谐波,但是应该观察到几个点.首先,调谐网络不应给集成电路的输出端带来过大的容性负载,建议包括一个串联限流电阻.其次,应该避免DC路径接地,以节省电力.第三,网络应该提供良好的滤波,重点是抑制低频.
　　图1示出了采用两个HCMOS反相器的简单乘法器.第一个逆变器产生富含谐波的方波,该方波被施加到电阻分压器.分压器确保集成电路不会负载过重,并为后续的串联调谐电路提供低阻抗,以保持石英晶体振荡器的品质因数.在这种应用中,调谐电路被调谐到30MHz(倍增系数为5).

图1:具有方波输出的6MHz至30MHz乘法器

　　通过储能电感从旁通电容器向后一个栅极提供DC偏置,该旁路电容器充电至V/2.如果选择电容器在倍频下具有约1000欧姆的阻抗,则储罐将具有足够高的Q.交流门将在较高的频率下工作良好,但可能需要较低的Q值才能使C的值更大.谐振电感的电抗会降低一些,因为它必须谐振IC输入的电容(交流电通常约为4pf).这些简化的方程式包括以下关于1000ohm电抗的假设:
　　L=160/(f+25x10-9f2)
　　C=160x10-6/f,其中f是谐波频率.(增加C并减少L来降低Q.)
　　乘法器的输入和输出电路将根据应用而变化.如果输入是大于约1伏p-p的正弦波,则输入可以简单地与电阻分压器电容耦合以偏置栅极.略微偏置偏置电压,以便在不存在输入信号的情况下,栅极为高电平或低电平,除非始终存在该信号.可以通过使用调谐阻抗匹配网络将输出转换为正弦波.类似于图2中所示的谐波选择网络的另一个网络.对于OSC晶振输出,1是一个不错的选择,因为它为输出门提供了电阻性负载,抑制了低频,并在串联谐振电路的中心产生了一个大正弦波.通过将一个非常小的电容器(大约1pf)连接到4.7uh扼流圈的顶部,可以实现低阻抗输出(50ohms等),如图2所示.

图2:具有正弦波输出的6MHz至30MHz乘法器.

　　注意,除非需要两级乘法,否则输出网络将被调谐到与乘法器网络相同的频率.如果低电平正弦波足够,则第二个门可能会被忽略.图3示出了触发器如何可以用于同时除法和乘法以获得分数乘法因子.

图3:6MHz~7.5MHz乘法器

　　该合成器使用单个7474触发器将6MHz输入转换为7.5MHz(倍数为1.25).来自石英振荡器的6MHz方波被触发器之一分频,并施加到类似于图2的网络上.1.将3MHz(15MHz)的五次谐波除以第二触发器产生7.5MHz.
　　图4示出了使用两个nand门的门控输出乘法器.与以前一样选择网络值.当需要在输出频率上具有高开关比时,门控乘法器很有用,因为停止乘法过程实际上会消除频率.为了获得最佳性能,请选择同相门,因为当倍频器关闭时,输出将通过非常低的阻抗接地,从而减少了来自其他级的谐波通过电源总线进入输出回路的机会.

图4:门控乘法器表现出良好的开关比.

这里有一些其他的实验思路:
　　通过增加与CMOS输出串联的调谐电路,利用CMOS的低输出阻抗,可以使进入滤波器的馈电点阻抗低得多,从而产生更多的输出.(串联谐振电路可防止CMOS在基频上承受太大的负载.)
　　几个门可以并联以增加输出.在连接每个输出之前,请将每个输出串联一个小电阻.HCMOS将在低至两伏的电源电压下运行,尽管信号会更小且设备速度稍慢,但省电效果将非常明显.两个门乘法器的输出可将两个输入馈入异或,或生成和频或差频以进行更复杂的合成.四位异或将完成整个工作,而留下一个门来放大输出.
HCMOS晶体振荡器的倍频器与乘法器

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