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