宽带信号调理电路设计

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1、第卷第期哈尔滨理工大学学报年月文章编号加一一田一以宽带信号调理电路的设计童子权,任丽军,张礼勇哈尔滨理工大学仪器仪表学院,黑龙江哈尔滨宝协扣摘要分析了信号调理电路的,了用四象限乘法器和电流反馈运算原理及其高频特性提出放大器实现宽带信号调理的方案,并成功地应用于两种高性能任意波发生器中关键词信号调理电路电流反债运算放大器四象限乘法器衰减网络中图分类号文献标识码刀一九,一,一,,劝旧乞叮一一,一一招引言任意波发生器产生的波形丰富,输出信号频带宽,信号稳定性好作为一种灵活的信号激励源,可广泛地用于电子

2、领域的科学研究和电子产品的质量检测作为一个任意彼发生器,其波形、频率、个数、点数均应能程控,需要有复杂的控制逻辑电路来实现,这是任意波发生器实现的关键技术之一由于任意波发生器输出信号的频段范围从微赫兹到几十兆赫兹都具有极宽的频段,实现任意波幅值放大、直流信号的叠加、输出阻抗匹配、信号衰减等功能的宽带信号调理电路是保证任意波发生器性能的关键部分,对其进行深人的分析研究有重要的现实意义信号调理电路的基本原理及在高频应用中的特殊性信号调理电路实现对输人信号的幅值放大和直流偏置的叠加,其理想传递函数为公

3、式,其中为,信号的增益为直流叠加值收稿二一一日期“九”一一一一一一一一荟金项目国家五攻关项目以作者简介童子权一,男,哈尔滨理工大学讲师,博士研究生哈尔滨理工大学学报第卷由于用电路实现该传递函数时不可避免地带来失调误差,实际传递函数变为公式,其中为放大电,路的直流失调为叠加电路的直流失调。。夕【』要获得公式的效果,必须对电路的失调误差进行补偿,公式为进行补偿后的传递函数,其中用于补偿,、用于补偿、。,。』通过式可以知道,要对信号玲进行调理,需要有路输出来设定,,,,的幅值由于。和。为直流失调值,信

4、号很小,它们的幅值比的幅值小两个数量级,,与,。在一个数量级,的输出应衰减倍后才能作为,,而的输出可直接作为,根据公式中信号的特点,经过一定的算法,任意波内部的反馈检测电路或外部测试仪器可以标定,,,,对应的路输出对于低频信号的调理,实现公式传递函数的电路比较简单,乘法运算可采用乘法型实现,从乘法型的数据端输人,及、从乘法型的基准端输人,而所有的加法电路均采用电压反馈运算放大器实现对于宽带信号的调理,由于信号的频率达到以上,因此要求的乘法运算电路及加法运算电路的工作频带在以上,电路中必须使用高频

5、元器件,低频信号调理电路所用的器件已不再适用,用电路实现公式的传递函数存在以下技术难点电压反馈运算放大器的带宽一般在左右,不适合高频信号的运算处理,高频信号的运算处理只能采用电流反馈运算放大器电流反馈运算放大器的输人阻抗低、开环增益小,闭环增益不仅与反馈电阻有关,还与运放特性有关因而用电流反馈运算放大器构成的信号调理电路在其频段内表现出较大的非线性,输出信号的准确度不高乘法型的数据更新率最大在,而高速的电压基准由器件自身提供,是不可变的,因此必须采用宽频带模拟乘法器来改变信号的增益由于宽带模拟乘

6、法器只能输出差动小信号,而电流反馈运算放大器的闭环放大倍数一般在以内,因此需要对信号进行两级放大才能达到要求的输出幅度,从而使信号调理电路复杂化由于宽带信号全部采用高频元器件,且电路复杂,其电路成本约为低频信号调理电路的倍,电路成本大大增加在板设计时要按高频电路的设计原则处理,这样增加了的设计难度宽带信号调理电路的实现根据宽带信号的特点,实现公式运算的电路包括三个部分四象限乘法电路、差动放大电路、功率放大电路为了保证电路的技术指标,必须综合考虑器件的性能指标四象,,士,限乘法电路以为核心的工作频

7、段为满度差动输人为认满度差士,,土士丫动输出为失真度为电源电压范围为到的传递函数为,,一口,一,森四象,,,十,限乘法电路如图所示的端输人为满度为用于调理信号的幅值长端接,,,,士,地端的输人为信号端输人为范围为用于补偿乘法器端子对的失调电压值个输人端各有电阻接地,以提高乘法器的性能由于的两个输出端,,砚均有呱上,、,,,拉电阻两端间电阻为两端间电压差满度为由于四象限乘法器输出信号幅值只有,而任意波发生器输出电压要达到,故信号至少必须放大倍,而电流反馈运算放大器的闭环放大倍数一般不超过,因此必须

8、采用两级放大,每级约放大倍第一级为差动放大,输出幅度设计为第二级为功率放大,输出幅度设计为虽然第一级差动放大电路的输出电压只有,但由于乘法器的,两输出端的共模电压大于第期童子权等宽带信号调理电路的设计竺甲迢生夕万飞之欢一,一肠一址图四象限乘法电路图差动放大电路,用于差动放大的电流反馈运算放大器的供电电源若为士时,输人信号将超出运放的范围,运放士,,,的输出必然失真因此运放必须能供电该运放可以选用也可以选用为了使,,差动放大电路和功率放大电路采用相同的运放故采用的带宽为闭环增益一均可稳定,士,〕士