零频率IF

shuszhao · 发表于 2018-3-5 12:39

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超外差原理是，任何频率的输入信号都与“本地振荡器”的频率“混合”，在称为IF的“中频”产生新的信号。本设计实例将介绍一种混频安排，其中本地振荡器以输入信号的频率运行，产生零赫的IF。

超外差接收机中使用的缩写词“IF”代表“中频”，所以对于一个追求语言纯粹的人，本文标题中出现了“频率频率”的并列就显得荒谬。但是我决定不在意。谈论一款中频器件或电路或系统或其它任何东西都太简单了，所以我要恳请你的宽容。
超外差原理是，任何频率的输入信号都与“本地振荡器”的频率“混合”，在我们称为IF的“中频”产生新的信号。在典型的AM收音机中，IF是455kHz；而在典型的FM收音机中，IF是10.7MHz。在这两种情况下，本地振荡器都以输入信号的频率运行，但由IF移频。如果你在纽约市收听WINS的AM电台，选台到1010kHz，则本地振荡器将以1465kHz的频率工作。
但这里我们将看到一种混频安排，其中本地振荡器以输入信号的频率运行，产生零赫的IF，正如标题所说。
下图是用于超外差接收的零频率IF级，只要其频率wm = 2×pi×fm足够接近第二本地振荡器频率wc= 2×pi×fc，输入＃1就被传递到输出。输入频率有多接近必须借助一对低通滤波器来设置。两个低通滤波器的截止频率越低，选择范围越窄。

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图1：零频率IF和公式，首次考查。

理想的乘法器是我们的混频器。其操作基于三角函数公式：cos a x cos b = ½ x (cos (a+b) + cos (a-b)) ，如图1所示。
但是，可以用另一种方式应用这种代数关系。我们可以用“a”代表“wc”，“b”代表“wm”，或者反过来，都没关系。

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图2：零频率IF和公式，第二次考查。

在这种情况下，我们使用等价三角函数公式：cos b x cos a = ½(cos (b+a) + cos (b-a))。
这种差别并没产生什么不同，图1和图2的最终结果相同。采用 SPICE的零频率IF仿真如图3所示。

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图3：采用 5kHz低通滤波器零频率IF仿真。

...或更窄的带通，像图4那样。

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图4：采用约500Hz低通滤波器的零频率IF仿真。

整个带通是低通滤波器截止频率的两倍。使用1MHz的本地振荡器频率，针对图中显示的单个RC滤波器，计算出的带通如图5所示。

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图5：零频率IF带通。

要注意10：1的带宽比与10：1的低通滤波器截止频率比，它们为：1/(2 pi x 3160 x 0.01E-6) = 5037 Hz ...和... 1/(2 pi x 3160 x 0.1E-6) = 503.7Hz。
这项技术被应用于美国海军CVA VAST测试系统的Building Block 38（BB38）中，BB38被称为低频波分析仪。但零频IF并非源于此，而是借鉴现已停产的惠普HP3590A分析仪。
然而，戏法只能玩一次。四混频器可能会受到DC偏移的干扰。为避免这个问题，用极低频高通角对低通滤波器实施直流阻断。结果，IF带通在中心频率处具有无限深但非常窄的陷波。