参差调谐
参差调谐(staggered tuning)是用于多级调谐放大器的一种技术,其中每一级调谐到的频率有微小的差异。相比同步调谐(每一级都以相同频率进行调谐),参差调谐可以产生更宽的频带,但是其代价是增益的降低。参差调谐也能让通频带到阻带间的过渡更加锋利。相对于其他类型的滤波器来说,参差调谐和同步调谐电路更容易调谐和制造。
参差调谐电路的功能可以用有理函数表示,因此它们设计出任何主流滤波器响应来,如巴特沃斯响应和切比雪夫响应。可以很容易控制使电路的极点,得到想要的响应,因为有级间放大缓冲。
基本原理
编辑参差调谐扩大了多级调谐放大器的带宽,但代价是整体增益减小。参差调谐也增加了通带边缘的陡度,因而提高了选择性。[1]
设计
编辑调谐放大器(如在条目开头展示的那个)可以更一般地被描述为一个跨导放大器链,每个放大器的负载都为一个调谐电路。
- 其中对于每一级(忽略后缀)
- gm 是放大器的跨导
- C 是调谐电路电容
- L 是调谐电路电感
- G 是放大器的输出电导和下一个放大器的输入电导的总和。
放大级增益
编辑该放大器的一级的增益 A(s) 为:
- 其中 s 为复频率算子。
这可以用一种更一般的形式来书写,即不要假设谐振器是LC类型的,运用下面的代换,
- (共振频率)
- (共振时的增益)
- (放大级品质因子)
得到,
级带宽
编辑可以通过 s = iω 代换(其中 i 为虚数单位,ω 为角频率),用(角)频率的函数来给出增益表达式
频带边缘的频率 ωc 可以通过令频带边缘的增益值等于此表达式的模来求得该表达式,
- 其中 m 在上文已经定义,如果需要 3 dB 的点则该值等于2。
解出 ωc 并求两个正值解的差,得到带宽 Δω,
以及相对带宽 B,
总响应
编辑放大器的总响应是各级的乘积,
理想的是能够依据所需规格的标准低通原型滤波器来设计滤波器。通常会选择光滑的巴特沃斯响应,[2] 但也可以用允许响应中存在涟波的其他多项式函数。[3] 对于陡的边缘,带有纹波的多项式的一个普遍选择是切比雪夫响应。[4] 为了方便变换,级增益表达式可以重新写成下面形式,
使用此变换可以变换为低通原型滤波器
- 其中 ω'c 为低通原型滤波器的截止频率。
应用
编辑参差调谐在宽带应用中的效果最好。以往曾用在电视中频放大器中。不过现代多半已由SAW滤波器取代[5]。参差调谐在无线应用(例如无线局域网)的超大规模集成电路中相当适用[6]。因为其元件数值的分布范围不大,比传统的梯形网络容易用集成电路来实现[4]。
参见
编辑参考文献
编辑参考书目
编辑- Chattopadhyay, D., Electronics: Fundamentals and Applications, New Age International, 2006 ISBN 8122417809.
- Gulati, R. R., Modern Television Practice Principles,Technology and Servicing, New Age International, 2002 ISBN 8122413609.
- Iniewski, Krzysztof, CMOS Nanoelectronics: Analog and RF VLSI Circuits, McGraw Hill Professional, 2011 ISBN 0071755667.
- Maheswari, L. K.; Anand, M. M. S., Analog Electronics, PHI Learning, 2009 ISBN 8120327225.
- Moxon, L. A., Recent Advances in Radio Receivers, Cambridge University Press, 1949 OCLC 2434545.
- Pederson, Donald O.; Mayaram, Kartikeya, Analog Integrated Circuits for Communication, Springer, 2007 ISBN 0387680292.
- Sedha, R. S., A Textbook of Electronic Circuits, S. Chand, 2008 ISBN 8121928036.
- Wiser, Robert, Tunable Bandpass RF Filters for CMOS Wireless Transmitters, ProQuest, 2008 ISBN 0549850570.