射频宽带放大器D题

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1、-2013年全国大学生电子设计竞赛射频宽带放大器D题【本科组】2013年9月7日. z.-摘要 本系统以程控增益调整放大器AD603为核心，外加宽带放大器OPA690的配合，实现了高增益可调的射频宽带放大器。系统主要由六个模块构成：前置放大电路、一阶RC高通滤波电路、可控增益放大电路、输出缓冲电路、直流稳压电源以及单片机显示控制模块。系统通过第一级OPA690两级级联电路放大20dB，再通过单片机程控两级级联的AD603实现-2060dB的动态增益变化，从而满足电压增益Av在060dB围可调的要求。整个系统放大器可放大1mV有效值信号，增益可达80dB，通频带增益起伏1dB,放大器在Av=60

2、dB的时候，输出噪声电压峰-峰值为80mV，通过单片机控制可实现电压增益Av可预置并显示的功能。整个系统工作可靠、稳定，且本钱低。关键词：射频宽带放大；可控增益；AD603目录1系统方案论证11.1方案比拟与选择1前置放大电路1可控增益放大电路1直流稳压电源21.2方案描述22理论分析与计算32.1宽带放大器设计32.2频带增益起伏控制32.3射频放大器稳定性32.4增益调整33电路与程序设计43.1电路的设计4前置放大电路4可控增益放大电路4输出缓冲电路5自制直流稳压电源模块53.2程序的设计5程序功能描述与设计思路5程序流程图64测试方案与测试结果74.1测试仪器74.2放大器增益测试74

3、.3最大输出有效值测试84.4通频带增益起伏测试84.5放大器噪声电压测试84.6输入电阻与负载电阻阻值测试8附录1：源程序9. z.-射频宽带放大器D题【本科组】1系统方案论证1.1方案比拟与选择1.1.1前置放大电路方案一：使用分立元件三极管、电阻、电容、电感等构成前置放大电路。该电路在元件参数设置不精准的情况下，误差较大，且电路构造复杂，设计困难，调试繁琐，故不采用。方案二：使用仪表放大电路。仪表放大器具有低输入失调电压、高共模抑制比、可用单电阻实现增益大围调节等优点，但是专用的仪表放大器价格通常比拟昂贵，所以不予采用。方案三：采用OPA690运放电路。OPA690为低噪声、低直流零点漂

4、移运放，且构造简单，调试容易，电路稳定，效果较好。综合以上三种方案，选择方案三。1.1.2可控增益放大电路方案一：利用高速运放加数字电位器构造可程控放大器，通过控制数字电位器阻值来控制放大器增益。但数字电位器建立时间最快也需几us，加之数字电位器3db截止频率一般在几百KHz，当输入信号为MHz数量级下阻值准确性会产生失真，使得程控变得困难，而且高速运放在低频下的响应远不能满足要求。因此，此方案可行性较差。方案二：采用可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC的基准电压，用DAC的电阻网络构成运放反应网络的一局部，通过改变DAC数字控制量实现增益控制。理论上讲，只要DAC的速度足够快、精

5、度足够高就可以实现很宽围的精细增益控制，但是控制的数字量和最后的20dB不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，因此不选用此方案。方案三：选用两级集成可控增益放大器直接耦合作为增益控制，集成可控增益放大器的增益与控制电压成线性关系，控制电压由单片机控制DAC产生。单级集成可控增益放大器AD603具有-10dB到+30dBdB的增益控制围，两级级联后理论上可到达-20dB到+60dB的增益控制围，精度到达0.5dB,带宽60MHz，可以满足题目根底局部指标要求。综合以上三种方案，选择方案三集成可控增益放大器AD603实现增益控制，外围电路简单，便于调试，而且具有较高的增益调节围和

6、精度。1.1.3直流稳压电源方案一：线性稳压电源。串联型电路比拟简单，效率较高，尤其是假设采用集成三端稳压器，输出电压纹波很小，可靠性高，可为后级小信号放大电路输出波形不失真提供保障。方案二：开关稳压电源。此方案效率高，但电路复杂, 开关电源的工作频率通常为几十几百KHz，基波与很多谐波均在本放大器通频带，极容易对小信号高频放大电路带来干扰，使波形失真。综合考虑采用方案一。1.2方案描述输 出输 入输入缓冲两级OPA690前置放大两级AD603程控增益放大输出缓冲Buf634扩流A/D 电压采集STC12LE5A60S2 单片机D/A TLC5615增益电压控制键 盘T F T电 源一阶RC高

7、通滤波电路图1 系统方框图最终确定的系统详细方框图如图1所示。系统增益调节围为060dB。前级放大电路增益为20dB,由两级OPA690构成，实现输入阻抗匹配，增大了后级输入电压。可控增益放大电路由两级AD603构成，实现了-2060dB的增益调节围。再通过两个缓冲器BUF634并联，扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。通过STC12LE5A60S2单片机来控制键盘和TFT显示模块，实现电压增益手动连续调节功能和电压增益Av显示功能。 2理论分析与计算2.1宽带放大器设计宽带放大器由两级OPA690级联构成的输入缓冲放大电路、两级AD603级联构成的程控增益放大电路组成。输入局部先用电阻分压

8、衰减，再由OPA690进展输入缓冲放大，后由AD603进展程控增益放大，且两个OPA690为双电源、交流耦合、G=+2电路接法，宽带为220MHz。由于两级放大电路幅频响应一样，所以当两级AD603串联后，带宽会有所下降，串联前各级带宽为90MHz左右，两级放大电路串联后总的3dB带宽对应着单级放大电路1.5dB带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHz。2.2频带增益起伏控制AD603是一种低畸变、高增益精度的增益可调的集成运放，带增益起伏0.5dB，设计中采用两级AD603串联后，带宽会有所下降，在这种连接方式下带宽远大于设计要求，所以可以保证通频带电压增益起伏小于1dB的要求

9、。OPA690在G=+2的情况下，带宽为220MHz,带宽远远大于题目要求的0.315MHz频率围，所以系统保证了稳定的电压增益。2.3射频放大器稳定性放大器在工作时会出现自激，外部干扰等，影响放大器稳定的工作。当放大器深度负反应时输出信号带有一定的纹波。此时需要在输出口加一个小电容，消除高频的纹波干扰。为抑制干扰，在放大器电源两端并接电容可以消除输出信号的干扰。在印制PCB板时，走线敷铜，可以大大降低信号的干扰。尽量选用贴片元件减少走线长度减少寄生电容的影响。同时设计系统各个单元电路间的阻抗匹配，这样提高了系统的稳定性。将单片机的数字电源和模拟电路的电源隔开，同时数字地和模拟地电源地一点相连

10、，防止数字系统的干扰进入模拟系统。2.4增益调整增益调整采用运放AD603，其部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进展运算并控制D/A芯片TLC5615输出控制电压得来，从而实现较准确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽，单级实际工作时可提供30dB的增益，两级级联后即可得到60dB的增益，配合前级OPA690运放电路输出，在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化。3电路与程序设计3.1

11、电路的设计前置放大电路图2 前置放大电路图前置放大电路由两级OPA690构成，第一级OPA690增益为10dB，3 dB宽带为220MHz，第二级与第一级接法一样，增益为10dB，3dB宽带为220MHz。3.1.2可控增益放大电路图3 可控增益放大电路系统可控增益放大电路采用两级AD603级联实现，单级AD603采用宽频带模式接法，将VOUT与FDBK短路，有-1030dB的增益调整围，90MHz宽带。级联后两级级联后理论上可到达-20dB到+60dB的增益控制围，宽带为60MHz。输出缓冲电路图4 输出缓冲电路输出缓冲电路由两个缓冲器BUF634并联，扩大输出电流，提升放大器的带负载能力。

12、3.1.4自制直流稳压电源模块图5 直流稳压电源电路电源由变压局部、整流局部、滤波局部、稳压局部组成。为整个系统提供5V或者3.3V电压，确保电路的正常稳定工作。这局部电路比拟简单，都采用三端稳压管实现。3.2程序的设计程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件局部主要实现键盘的设置和显示。1键盘实现功能：设置增益值。2显示局部：显示增益值。2、程序设计思路程序流程图1、主程序流程图开场初始化自动增益控制按键子程序完毕图6主程序流程图2、自动增益控制子程序流程图VoV增益减增益加YN图7自动增益控制子程序流程图3、按键子程序流程图增益加key1=0？Key2=0增益加增益减Dat1

13、187Dat99999)a1=1;GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1-1)*16,y,asca1 temp%1000000/100000,Red,White);if(temp9999)a2=1; GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1+a2-1)*16,y,asca1temp%100000/10000,Red,White);if(temp999)a3=1; GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1+a2+a3-1)*16,y,asca1temp%10000/1000,Red,White);if(temp99)a4=1; GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1+

14、a2+a3+a4-1)*16,y,asca1temp%1000/100,Red,White); if(temp9) a5=1;GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1+a2+a3+a4+a5-1)*16,y,asca1temp%100/10,Red,White);a6=1; GUI_sprintf_ZMHZs(*+(a1+a2+a3+a4+a5+a6-1)*16,y,asca1temp%10,Red,White);main() float A,B=0; int i=0,j=0, b,c; Lcd_Init(); /tft初始化 LCD_CS =0; /翻开片选使能 GUI_Clear(0*ffff);/清屏 displaynum(101010,0,0);/ while(1) delayms(2000); A=GetADCResult(0);B=GetADCResult(1);displaynum(A*100,0,0);displaynum(B*100,100,0); / GUI_sprintf_ZMHZs(0,100,长纤度为,Black,Cyan);/ GUI_sprintf_ZMHZs(0,200,案件显示,Black,Cyan); while(1);. z.-. z.