脉冲谐波混频器及应用

　　一、引言

　　在电子系统中,混频器是用来进行频率变换的主要电路部件。模拟电路混频器中,输出频率fB通常是二输入频率f1和f2基波之间的和频或差频。而在需要二者谐波之间的和频或差频即fB=mf1±nf2(m,n均为正整数)时,模拟混频器往往难以取得令人满意的效果。

    数字式混频器工作于脉冲状态下,是一种工作方式完全不同于模拟式混频器的频率变换电路。数字式混频器除具有电路简单,工作可靠,工作频带宽等特点外,对于实现输入频率之间的谐波混频,有着相当好的特性。

　　二、脉冲谐波混频器工作原理

　　脉冲谐波混频器可由数字电路中的D触发器构成。当在D触发器的D输入端、CP输入端输入按一定频率变化的数字信号时,其输出端Q也就产生了与输入端信号变化具有某种对应关系的数字信号。

　　设D触发器为上升沿触发,D端输入信号频率为fD,cp端输入信号频率为fCP,而Q端输出信号频率为fQ。因为D触发器的输出Q只有在CP端时钟信号的上升沿才能根据D端输入状态产生相应的跳变,而输出一个完整的信号周期需两次跳变,所以无论D端及CP端输入信号的频率如何变化,在Q端输出信号的频率总有

　　D触发器输出频率fQ与输入频率fQ及fCP之间的关系可分下列几种情况进行讨论:

　　这是D触发器在数字电器中的典型应用。如图1所示。D触发器相当于一个延时器。此时有

（1）

　　由于D输入端信号频率为CP信号频率的整数倍,CP脉冲的每个上升沿对应的D端输入信号状态均相同,如图2所示(图中n=2)。所以有Q=1或Q=0。因而

（2）

　　当时,CP脉冲的上升沿交替对应D输入端的“0”和“1”两种状态,如图3中所示(图中n=2)。此时Q端输出为CP的二分频信号。即

（3）

　　假定图中第一个fCP脉冲的上升沿与fD脉冲的上升沿对齐并使Q端由低电平跳变为高电平。则第二个fCP脉冲上升沿到达时刻对应第n+1个fD脉冲,且相对该次脉冲前沿延迟了λτD。由于),所以D端输入信号为高电平,Q端输出保持为高电平不变。当经过若干个fCP脉冲后(假定为K个),便有kλτD≥τD。此时Q端输出在经历了一次低电平后,重新输出为高电平,形成了一个完整的脉冲周期τQ。由图4可以得到

（4）

　　由此可见,通过D触发器实现了谐波混频,fQ即为输入频率fD与fCP的n次谐波之间的差频。

　　当不为整数时,在fCP作用下,单个的τQ的周期不再保持为一个固定的值。其中某些脉冲的周期值为([]+1)nτD+τD,而另一些脉冲的周期值为[]nτD+τD。在一般情况下,对于足够多个(P个)连续的fQ脉冲,仍可做到