d 题射频宽带放大电路设计报告

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1、D题射频宽带放大电路设计报告摘要本设计由可控增益模块，固定增益模块以及单片机控制与显示模块三个功能模块组成。其中前级采用两级可控增益放大器VCA820级联，使用数字方式控制VCA820的增益。后级利用THS3201放大电路达到大于1V的有效值输出，THS3201的使用提高了输出电压的有效值范围。设计主要特色：进行合理的级联和阻抗匹配，全面提高增益带宽积和输出电压幅度。综合应用电容去耦，滤波，使用屏蔽线传输信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声，去杂散电容并抑制高频自激。应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预设和控制，稳定性好，可控范围大。

2、另外通过触摸屏增益可以手动调节。11.方案的选择与论证1.1可控增益模块为了满足在0到60DB可调的要求，可以采用多种方法实现可控增益。方案一：采用程控放大器PGA来调节增益，但是PGA中高速芯片较少，可调范围有限，故不采用。方案二：采用两个可控增益放大器VCA820级联，VCA820其特点是dB线性,可调增益为40dB,两级级联可达80dB。方案二电路集成度高，控制方便，易于用单片机控制，故采用方案二。1．2固定增益模块为了满足在50欧姆负载的情况下最大输出有效值能够达到1V，最后一级需要比较大的驱动能力，因此可以选择压摆率比较高的运放作为

3、输出级。对于射频信号为了减少输入的噪声，可以在第一级加入一个低噪声的运放。方案一：在输入级先接入一个低噪声运放THS3201，在最后一级加一个电流反馈性运放如THS3201。方案二：只在最后一级加一个电流反馈型的放大器THS3201。利用方案一，虽然输出噪声能改善，但由于采用四个运放级联的方法，我们在实验中发现该方案的非线性不是特别好，由于四级串联，电路中对杂散电容，布线的要求更高，系统也更容易自激。根据我们的实际测量结果，我们发现方案二能够更好地完成题目要求。1．3单片机控制与显示模块由于VCA820为dB线性的运放，需要给其加入控制电压。

4、方案一：由稳压电源直接给定控制电压，由于稳压源精度限制只能达到0.1V。控制效果比较差。方案二：通过单片机LM4F120XL以及16位的DAC8532实现一个简单的DA转换。由单片机给定控制电压，在参考电压为2.5V下精度可以达到38uV，显然方案二较方案一而言精度高，而且友好，故采用方案二。2．理论分析与参数计算2.1增益带宽积增益带宽（GBP）是用来衡量放大器性能的一个参数，这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。题目要求放大器最大电压增益??≥60??,即Gain≥1000V/V放大器的通频带至少要在300k~

5、100MHz，所以这个多级放大器的增益带宽积为2GBP=1000∗100M=100G单个集成运放是很难达到100G的GBP的，所以我们考虑多级放大器级联。若最后一级采用固定增益运放，增益为20dB。则前级自动增益部分我们需要的大约40dB。如果采用两级VCA820，其单级增益就是20dB.经过查阅VCA820的带宽为150MHz，增益可调范围为40dB，GBP=15G,两级级联理论上可调范围为80dB,其反馈电阻根据数据手册设计，这样可以减少输出的失真，设计每级增益为30dB。THS3201的带宽为1.8G，设计其增益为20dB。2．2前级直

6、流偏置在本设计中通过在级间串联隔直电容，可以很好地解决直流偏置问题。2．3通频带内增益起伏题目要求在最大增益情况下，在1MHz-80MHz的通频带内能够实现增益起伏小于1dB的要求。本设计中通过改善反馈回路的长度，走线的对称性，来减少杂散电容，减少增益起伏。2.4放大器的稳定性（1）所有运放的电源线均加电容滤波，不同级间的电源线用电感连接。（2）反馈电阻的选择严格按照数据手册的指导，让运放可以工作在线性比较好的区域，减少由于非线性所引起的高次谐波。（3）信号源输入时，利用同轴电缆线连接。2.5增益调整本设计中的增益调整采用LM4F120XL单

7、片机控制双通道DAC8532转换，分别给两级VCA820提供控制电压。3．硬件电路的设计与实现3.1总体设计本设计由三个模块组成，其中可控增益模块与固定增益模块是本设计实际的核心。总设计图见图3.1.1。3SignalSignalVCA820VCA820THS3201VGVGChannelADAC8532MCUChannelB图3.1.1总体设计图3.2主要模块功能3．2．1可控增益电路可控增益电路由两级VCA820组成，VCA820的控制电压与增益成dB线性，能够完全满足设计要求。设计如图3.2.1.1所示。图3.2.1.1可控增益电路3.

8、2.2固定增益电路由于前两级都使用VCA820，查找数据手册可知，VCA820的压摆率为1700V/μs,最后一级要输出有效值为1V，则必须再接一个压摆率比较高的运