混频器是一种具有调制或解调功用的三端口器材，大致上能够分为无源和有源两种类型。混频器的中心功用是在改动信号频率的一起，保存原始信号的全部其他特性。
如图1所示，混频器的输出有两种方法。混频器接纳两个不同频率的输入信号，输出一个频率信号；从图中可见，输出频率既能够是两个输入频率的和频，也能够是两者的差频。这些频率别离与如下之一对应：本地振荡器频率(LO)、射频频率(RF)和中频频率(IF)。
混频器的首要用途是完成频率转化，转化进程可分为上变频和下变频两类。其间，LO端口一直为输入端口；而RF端口和IF端口的人物则取决于详细运用场景，既可作为输入端口，也可作为输出端口。鄙人变频混频器中，另一个输入端口为RF端口，输出则是频率更低的IF信号（如图2a所示）。
单平衡混频器常称为“平衡混频器”，这种混频器类型仅能按捺LO信号或RF信号中的一种，而非一起按捺这两种信号。这种混频器的运用较为罕见，由于它对输入LO信号中的噪声较为灵敏。首要缺陷是存在IF-LO串扰现象，即当IF信号频率与LO信号频率相差不大时，LO信号或许会走漏到IF信号中。单平衡混频器的简易电路如图3所示。
运用信号发生器W1和W2作为混频器的频率输入。关于LO频率，运用W1并将其设置为5 V、210 kHz的正弦波。关于RF输入，则运用W2。在进行上变频混频时，
W2的频率应低于LO频率，因而将W2设置为5 V、25 kHz的正弦波。预期输出频率为185 kHz和235 kHz。模仿通道Ch2用于监测RF输入信号W2，而Ch1则经过频谱剖析仪监测IF输出信号。成果如图5a所示。
进行下变频混频时，将W2设置为5 V、260 kHz的正弦波；这将作为混频器的RF输入。预期输出频率为50 kHz，频谱成果应类似于如图5b所示。
抱负情况下，若要完成混频器低噪声、高线性度的方针，要规划一个能呼应LO输入信号、完成极性切换功用的电路。因而，混频器能够简化为图6所示方法：RF信号被分为同相(0°)重量与反相(180°)重量；一个由LO信号驱动的转化开关，会替换挑选同相信号与反相信号输出。因而，从本质上简化来看，抱负的混频器可建模为一个符号开关。
为演示混频原理，可采用图6所示的抱负开关混频器。该混频器可经过LTC1043 CMOS模仿开关构建，这是一款单芯片、电荷平衡的双通道开关电容外表级构建模块。其内部的一对开关会替换履行两个动作：先将外部电容衔接至输入电压，再将充好电的电容衔接至输出端口。混频器内置了一个时钟，其频率可经过外接电容调理：若未在引脚Cosc衔接电容，内部振荡器频率将为210 kHz；若外接39 pF电容（元件套件中最小容量的电容），LTC1043内部振荡器频率则会变为80 kHz。本次仿真根据“Cosc引脚未接电容”的结构进行。
图7展现了LTspice®中的电路，该电路也可经过硬件元件在实验板上完成。个人会运用LTC1043第一组开关的输入端。输入信号将由信号发生器的通道1生成，并衔接至引脚S1A。为获取该输入信号的反相版别，咱们构建了一个简略的单位增益反相放大器，并将其输出衔接至引脚S2A。输出可在引脚C
处观测，需经过示波器的通道2正极进行监测。若要完成下变频混频器，需将信号发生器通道1的频率设置为高于振荡器的频率（例如250 kHz）。此刻输出频率为这两个频率的差值，即40 kHz。参见图8。
若将信号发生器通道1的频率设置为60 kHz，混频器输出将包括两个频率重量：一个为和频(f
双平衡混频器大多数都用在防止输出信号中呈现LO产品。这种结构需包括两个单平衡混频器电路，装备两个并联衔接的差分RF晶体管，构成一对反向并联的开关对。LO产品项会被抵消，且输出信号中的RF信号起伏也会加倍。这种结构的LO与IF之间具有高隔离度，有助于下降混频后信号滤波环节的功能要求。在噪声方面，由于采用了差分RF信号，这类混频器比单平衡混频器的抗噪声才能更强。该类型混频器也被称为吉尔伯特单元。参见图10。
从电路中可观察到，吉尔伯特单元混频器具有高度对称性。这种对称性不仅能完成电路平衡，还能在输出端按捺LO和RF信号。在运用分立元件的体系中，吉尔伯特单元的运用并不广泛，原因是其所需的元件数量较多；但关于集成电路而言，吉尔伯特单元混频器是抱负之选。由于在集成电路中，元件数量并非要害考量要素，且这种混频器无需变压器或其他电感器等绕制元件，一起还能供给高水平的功能。
由于元件套件中供给的元件数量不足以构建该电路，因而咱们转而在LTspice软件中对电路进行仿真。仿真所需的LTspice文件可从GitHub上的LTspice教育东西下载。图11展现了该电路的IF输出信号，此成果由IF正、负输出差值核算得出。
双平衡混频器结构需求两个单平衡电路。咱们我们能够运用LTC1043构建这种结构，由于它包括多个开关，可供给所需的反向并联开关对。图12所示为该电路的原理图。电路及其衔接方法根本相同，仅第二组开关（S3A、S4A）的输入端与第一组开关（S1A、S2A）的输入端反向衔接。在这种情况下，可经过示波器的通道2正极（衔接至C
为剖析下变频结构，需将信号发生器通道1设置为频率250 kHz、峰峰值1 V的正弦波。下变频的FFT剖析成果如图13所示。
关于上变频，信号发生器通道1生成的正弦波频率需低于LTC1043内部振荡器的频率（例如50 kHz）。该频率下的FFT剖析成果如图14所示。
1. 相较于单平衡混频器，运用双平衡混频器（吉尔伯特单元）的首要优势是什么？
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Antoniu Miclaus是ADI公司的软件工程师，担任为Linux和无操作体系驱动程序开发嵌入式软件，一起从事ADI教育项目、QA自动化和流程管理工作。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡加盟ADI公司。他具有巴比什-波雅依大学软件工程硕士学位，以及克卢日-纳波卡技能大学电子与电信工程学士学位。
