3. Расчет преобразователя частоты по схеме Гильберта

   1. Расчет элементов схемы смесителя по постоянному току

Предполагается использование типовых параметров КМОП-технологии.

Зададим следующие параметры:

• напряжение питания

• ток через токовое зеркало

• минимальная длина каналов транзисторов

• напряжение отпирания

Расчет элементов схемы смесителя (схему см. на рис. Рис. 7):

Рис. 7. Принципиальная схема преобразователя частоты

Выберем для всех транзисторов подвижность носителей заряда Тогда

1. Для транзисторов T7 и T8:

Ток через транзисторы при длине канала ширина канала

2. Для транзисторов T3 и T6:

Ток через транзисторы при длине канала ширина канала

3. Амплитуда сигнала гетеродина должна быть не ниже

4. Для транзисторов T1, T2, T4, T5:

Ток через транзисторы при длине канала ширина канала

5. Определим рабочую точку для транзисторов

Нагрузочное сопротивление

Для получения коэффициента усиления смесителя, равного выберем

Выберем рабочую точку между полученными значениями равную

6. Определим рабочую точку для транзисторов T3 и T6:

Выберем рабочую точку между полученными значениями равную

7. Рассчитаем цепь питания по постоянному току (токовое зеркало) на транзисторах T7 и T8:

2. Расчет коэффициента передачи смесителя

3. Расчет шумового спектра

1. Спектральная плотность средней мощности шума входного каскада:

откуда

2. Спектральная плотность средней мощности шума сопротивления нагрузки:

3. Спектральная плотность средней мощности шума каскада гетеродина:

где амплитуда гетеродина Отсюда

4. Спектральной плотностью средней мощности шума внутреннего сопротивления источника гетеродина пренебрегаем.

Спектральная плотность средней мощности шума напряжения на выходе смесителя Гильберта составляет:

4. Расчет уровня третьей гармоники

(параметр NCH в списке параметров модели транзистора), где

Напряжение отпирания транзистора (без учета влияния подложки) падение напряжения исток-подложка

где (скорость носителей в режиме насыщения).

Далее рассчитаем амплитуду третьей гармоники выходного сигнала при условии воздействия входного колебания амплитудой

5. Принципиальная схема и результаты моделирования

Принципиальная схема приведена на рис. Рис. 8.

Рис. 8. Принципиальная схема преобразователя частоты по схеме Гильберта

Спектр выходного тестового сигнала приведен на рис. Рис. 9, ЧМ – на рис. Рис. 10.

Рис. 9. Спектр выходного тестового сигнала амплитудой 5 мВ ПЧ по схеме Гильберта

Усиление сигнала преобразователем частоты при моделировании составляет при допустимом отклонении от теоретического значения на

Рис. 10. Спектр ЧМ-сигнала на выходе смесителя по схеме Гильберта

4. Расчет усилителя промежуточной частоты

Коэффициент усиления УПЧ:

Рабочая точка: напряжение питания Ширина канала транзистора длина канала транзистора откуда

Емкость где

Вольт-амперная характеристика транзистора приведена на рис. Рис. 11.

Рис. 11. ВАХ ПТ

Принципиальная схема УПЧ приведена на рис. Рис. 12.

Рис. 12. Принципиальная схема УПЧ

АЧХ УПЧ приведена на рис. Рис. 13, спектрограмма тестового сигнала ­– на рис. Рис. 14.

Рис. 13. АЧХ УПЧ

Рис. 14. Усиление тестового сигнала с частотой 50 МГц и амплитудой 5 мВ

По результатам моделирования тестовый сигнал усилился на что точно соответствует заданию.