宽带可控放大器的设计

1宽带可控增益放大器的设计谈雪梅，俞亚珍(常州轻工职业技术学院，江苏常州213164)摘要：设计了一种基于模拟器件运算放大器实现的宽带可控增益放大器，该装置的信号放大由两片可控增益运算放大器VCA822完成。放大器工作频带宽，最宽可至130MHZ以上，实现宽带放大。放大器噪声小，动态范围宽，采用MGC和AGC电路实现增益的手动控制和自动控制，手动增益调节范围大于80dB，自动增益控制大于40dB；若为小信号状态，则控制调节范围更宽。放大器输入输出阻抗均为50Ω，可方便和前后级电路匹配。关键词：VCA822；可控增益；宽带放大器；MGC；AGC中文分类号：文献标识码：BDesignofWidebandgaincontrolledamplifierTANXue-mei,YUYa-zhen(ChangzhouInstituteofLightIndustryTechnology,Changzhou213164,jiangsu)Abstract:DesignbasedonAnalogDevicesoperationalamplifier,achievethewidebandgain-controlledamplifier,thesignalamplificationiscompletedbythetwoop-ampgainVCA822.bandwidthismorethan130MHZ.lownoise,Widedynamicrange,theuseofMGC(manualgaincontrol)andAGC(automaticgaincontrol)circuit,andmanualgainrangeisgreaterthan80dB,automaticgaincontrolisgreaterthan40dB;ifthesignalforthesmallstate,thecontrolrangeiswider.theinputandoutputimpedanceis50Ω,andcaneasilymatchthecircuitbeforeandafter.Keywords:VCA822；Gain-controlled;broadbandamplifier；MGC；AGC在通信和电子设备中,常采用放大器实现信号的放大，要求其线性好，具有足够的增益来抑制后级电路的噪声对系统的影响，并且增益最好可调[1]。当输入信号大范围变化时，能自动控制增益，输出稳定的信号。另外为了达到功率最大传输，输入、输出阻抗应该分别与信号源、负载阻抗匹配。综合考虑以上几个方面，文中提出了实现的方案、具体电路，用最少的器件、最简的电路来实现功能，最后给出测试结果。1系统电路1.1系统组成宽带可控增益放大器系统组成如下图1所示，主要包括高频信号放大、AGC电压放大、检波、MGC电压、电源电路等图1系统组成框图Fig.1Diagramsystem1.2高频信号放大电路高频信号放大电路主要由VCA822组成，电路见图2。VCA822[2]的大信号工作带宽有137MHZ，压摆率1700V/µs，其独特架构能够提供高度灵活的带宽、增益与模拟输入电压组合，利用外置电阻器可在0dB(1V/V)至40dB(100V/V)的范围内设置最大增益。通过对外部提供的增益电压进行动态调整，增益调节范围远大于40dB,放大倍数和控制电压间呈线性关系。两级放大器增益调节范围可大于80dB，增益准确度高。输出电流达±160mA，输入噪声低，能够满足设计需求。为达到器件最佳工作性能，电源采用±5V双电源供电，双电源分别加2.2uF电解电容滤波，在±5V间加0.1uF电容滤波。。为满足总放大增益大于40dB要求，单级放大倍数Avmax选择大于10，在1.33KΩ～845Ω范围，选择合适的电阻RF，根据Avmax=2RF/RG，选择RG，对应范围为为1.33KΩ～16.9Ω。图2中，R4对应为RG，R72对应为RF，调节增益电压VT。由于该器件IRGmax=2.6mA，VINmax（Vp-p）=2×RG×IRGmax，因而RG决定了该器件的输入信号的动态范围。这和放大倍数是一对矛盾，必须根据实际要求选择合适的RG、RF。图2高频信号放大电路Fig.2High-frequencysignalamplifier1.3.检波电路利用二极管、电阻、电容构成检波电路。放大输出信号直接加到检波电路，通过对电容充电、电阻放电，得到输出直流电压。在输入信号幅度比较大时，输入电压峰-峰值和输出电压之间成线性关系，可对整个频段信号进行检波，检波效率较高，输出电压平坦，一致性较好。但必须保证放大输出信号大，谐波成份小，无自激等，不然会影响检波准确性。图3检波电路Fig.3Detectorcircuit1.4AGC电压放大电路选用OPA2335[3]运算放大器件实现AGC电压放大，其随着时间和温度的变化，在失调漂移和增益方面的稳定性好，可单、双电源工作，选用两片OPA2335实现AGC电压放大，采用双电源工作，电源电压±2V。具体电路见下图4。图4AGC电压放大电路Fig.4AGCvoltageamplifier1.5电源电路该装置所采用的器件在5V或±5V时可正常安全工作，但如果直接加入5V，各电路的相互干扰大，输出基准电压不稳定，会带来输出信号变化，在高频工作时还会带来输出信号噪声增大。所以采用±8V供电，经稳压滤波为±5V，供给各电路工作，±5V输出电压分别采用三个二极管串接输出稳定±2V电压。电源具体电路见下图5：图5电源电路Fig.5Powercircuit2系统安装调试采用VCA822来进行信号放大，提高其放大量和扩大输入动态范围是一对矛盾。此处要很好权衡。采用二级放大器级连时，输入输出阻抗要匹配合适，不然会带来较大的杂散。该装置所采用元件，除电解电容外，均为贴片元件，为防止电路产生自激，排版时印制线要尽量短，器件要良好接地，输出电阻要靠近集成电路输出引脚。前后级间的信号线要宽，可在1.27-2.54mm间，周围布地线。33.设计结果宽带可控增益放大器测试所用仪有EE1482合成信号发生器，AT6030D频谱分析仪，YB1732A稳压电源。经测试，在整个频段内，放大增益大于40dB；输入信号-39dBm，调节MGC电压，测量输出信号幅度，最大至5.2dBm，最小小于-90dBm，可知其MGC幅度调节范围为-51到44dB，大于80dB；采用自动增益控制（AGC）方式时，若输入信号幅度变化40dB，测量输出信号变化为1.8dB，输出稳定。参考文献[1]胡嘉盛，李巍，任俊彦．增益可控CMOS低噪声放大器[J]．固体电子学研究与进展，2007,27(2)：[2]TexasInstruments．VCA822Wideband,40dBGainAdjustRange,LinearinV/VVARIABLEGAINAMPLIFIER[EB/OL].[2007].http：//[3]TexasInstruments．OPA2335SINGLE-SUPPLYCMOSOPERATIONALAMPLIFIERSZero-DriftSeries[EB/OL].[2002-2003].http：//