超高速模拟乘法器 AD835：设计与应用全解析

大家好，在电子设计领域，模拟乘法器是一种非常重要的器件，它在信号处理、调制解调等诸多方面都有着广泛的应用。今天，我要和大家深入探讨一款高性能的模拟乘法器——AD835。

文件下载：AD835.pdf

一、AD835 主要特性

1. 运算简单与功能完整

AD835 的基本运算公式为 (W=X Y+Z)，设计十分简洁。并且它仅需要极少的外部组件，就能实现各种功能，为我们的设计带来了极大的便利。想象一下，在设计一个复杂的电路系统时，减少外部组件可以降低设计的复杂度和成本，同时还能提高系统的稳定性。

2. 速度极快

它能在 20 ns 内稳定到满量程（FS）的 0.1%，-3 dB 输出带宽可达 250 MHz，小信号上升时间仅为 1 ns。在高速信号处理的应用场景中，这样的速度优势是非常关键的。比如在高速通信系统中，能够快速准确地处理信号，确保数据的及时传输和处理。

3. 输入输出特性良好

• 输入特性：X、Y 和 Z 输入具有高差分输入阻抗，输入差模电压范围可达 ±1 V，输入电阻为 100 kΩ，单端电容为 2 pF。高阻抗的输入可以减少对信号源的负载影响，保证信号的准确性。
• 输出特性：直流耦合电压输出，低阻抗输出电压（W）可提供高达 ±2.5 V 的电压，能驱动低至 25 Ω 的负载。这样的输出能力使得它在不同的负载条件下都能稳定工作。

  4. 低噪声

  乘法器噪声低至 50 nV/√Hz，这使得它在低电平信号处理应用中表现出色，例如作为宽带增益控制元件或调制器时，能够有效减少噪声对信号的干扰，提高信号的质量。

二、工作原理深度剖析

1. 基本理论

AD835 基于经典的跨导线性核心，由三个（X、Y 和 Z）线性化电压 - 电流转换器和负载驱动输出放大器组成。其功能表达式为 (W=frac{(X 1-X 2)(Y 1-Y 2)}{U}+Z)，当作为简单乘法器使用，且 (X=X 1-X 2)，(Y=Y 1-Y 2)，(Z = 0) 并调整比例因子使 (U = 1V) 时，输出可简化为 (W = XY)。

2. 缩放调整

公式中 U 的基本值标称是 1.05 V，可通过 W（引脚 5）和 Z（引脚 4）之间的电阻分压器将 U 的有效值调整为较低电压（通常为 1 V）。调整后的公式为 (W=frac{X Y}{(1-k) U}+Z')，其中 (U^{prime }=(1-k)U)。在实际应用中，如果对乘法器的精确增益要求不高，这个调整网络可以省略，或者将 R2 固定为 100 Ω。大家在设计时，要根据具体需求来决定是否进行缩放调整哦。

三、丰富的应用场景

1. 宽带压控放大器

• 电路配置与增益控制：AD835 可配置为提供标称 0 dB 到 12 dB 的增益，控制范围实际可从远低于 -12 dB 到约 +14 dB。R1 和 R2 可将增益设置为标称 ×4，通过添加峰值电容 C1 可部分抵消因增益增加而导致的带宽减小。
• 电源灵活性：该电路虽使用双电源，但 AD835 也可通过简单修改后使用单 9 V 电源（如 9 V 电池）工作。当 (G = 0 dB) 时，省略 R1 和 R2，并将引脚 Z 直接接地。大家在实际设计中，要根据电源的可用性和电路的具体要求来选择合适的电源方案。

2. 幅度调制器

• 简单调制原理：在简单调制器应用中，载波信号施加到 Y 输入和 Z 输入，调制信号施加到 X 输入。当 X 输入约为 ±1 V（实际为 ±U 或约 1.05 V）时，对应调制指数为 100%。载波和调制频率最高可达 300 MHz。若要实现抑制载波调制器，可省略对 Z 输入的前馈，将该引脚接地。这种灵活性使得我们可以根据不同的调制需求来设计电路。

  3. 平方与倍频器

• 平方功能：将 X 和 Y 输入并联，可实现输入信号在幅度域的平方运算，输出为 (E^{2}/U)。输入信号可以有正负极性，但输出始终为正，若要反转输出极性，可交换 X 或 Y 输入。
• 倍频功能：当输入为正弦波 (E sin ωt) 时，信号平方器可作为倍频器，输出为 (frac{E^{2}}{2 U}(1 - cos 2ωt))。不过该输出存在直流项，会随输入幅度 E 变化。而图 24 所示的倍频器通过巧妙的电路设计克服了这一限制，在适中的宽频率范围内提供相对恒定的输出，输出幅度在 ±10% 的频率范围内变化仅为 0.5%，且输出无平方直流分量，输入幅度的突然变化不会导致直流电平的跳动。这种倍频器在一些对频率稳定性要求较高的应用中非常实用。

四、关键技术参数与重要注意事项

1. 技术参数

• 输入特性：包括差模电压范围、差模削波电平、低频非线性、共模电压范围、失调电压与温度关系、偏置电流与温度关系等。这些参数影响着输入信号的处理精度和稳定性。
• 动态特性：如 -3 dB 小信号带宽、-0.1 dB 增益平坦度频率、压摆率、差分增益误差、差分相位误差、谐波失真、建立时间等。动态特性是衡量乘法器在高速信号处理能力的重要指标。
• 输出特性：电压摆幅与温度关系、电压噪声谱密度、失调电压与温度关系、短路电流、比例因子误差与温度关系、线性度与温度关系等。输出特性直接影响着最终输出信号的质量。
• 电源特性：电源电压、静态电源电流与温度关系、电源抑制比（PSRR）等。合适的电源参数是保证乘法器正常工作的基础。

  2. 绝对最大额定值与静电放电防护

• 绝对最大额定值：包括电源电压 ±6 V、内部功耗 300 mW、工作温度范围 -40°C 到 +85°C、存储温度范围 -65°C 到 +150°C、焊接引脚温度（60 秒）300°C、ESD 额定值（HBM 1500 V，CDM 250 V）等。在使用过程中，必须严格遵守这些额定值，否则可能会导致器件永久性损坏。
• 静电放电防护：AD835 是静电放电（ESD）敏感器件，即使产品具有专利或专有保护电路，但高能量 ESD 仍可能对器件造成损坏。因此，在操作过程中要采取适当的 ESD 预防措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等，以避免性能下降或功能丧失。

五、封装与订购信息

AD835 提供 8 引脚 PDIP 封装（N）和 8 引脚 SOIC 封装（R），并规定在 -40°C 到 +85°C 的工业温度范围内工作。在订购时，可根据具体需求选择不同的型号，如 AD835ANZ、AD835AR 等，其中 Z 表示符合 RoHS 标准的部件。

AD835 以其高速、低噪声、多功能等特性，在电子设计领域有着广阔的应用前景。但在实际使用时，我们要充分理解其工作原理和各项参数，合理进行电路设计和布局，同时注意静电防护等问题，才能充分发挥其性能优势。希望今天的分享能对大家在使用 AD835 进行设计时有所帮助，大家在实际应用过程中遇到任何问题，欢迎一起交流探讨！