增益可控射频放大器

1、增益可控射频放大器一、系统方案1、方案分析与比较方案1:以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高 时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现， 高频时频率的稳定性不好，在 75MHz108MH增益起伏较大，不能满足要求。方案3:采用射频放大器 AD8321衰减器HMC472放大器AD809的形式。第 一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dBo考虑到输入信号为高频信号， 随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器， 衰减器随着 频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出

2、幅度稳定。但考虑实际拟合后， 增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具 有极低输出噪声电平，上行带宽高达 235 MHz（最小增益），符合题目200MHz要 求。综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与 STM32进行 串行通信等优点，选用方案3。2、系统整体设计根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级 AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电

3、路，电压转换电路组成。总 体设计框图如图一所示：输入图一输出二、理论分析与计算1、射频放大器设计按照本设计要求，带宽为40MHz200MH电压增益为52dB所以采用AD8321 三级级联的方式。8321最大增益为26dB,理论上总增益=26+26+26=78dB符合 设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走 线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。2、频带内增益起伏控制造成通频带内增益起伏的原因有很多， 包括带内波动、运放幅频响应不平坦 及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用 衰减器HMC47随着频率增高衰减

4、效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。 对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级 AD809将增益稳定。3、射频放大器稳定性由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才 能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及 走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施：（1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个 运放的电源引脚并联去耦电容。（2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。（3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电

5、容来滤除高低频噪声。（4）走线相互干扰，走线尽量的短，信号线尽量不相交，以免产生高频自 激。（5） 电路板要合理布局，防止信号之间的串扰，整个PCB板的底层为地平 面，较大的地平面对噪声吸收较好。（6） 将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒中， 避免级间干扰和高频自激。4、增益控制系统采用三级AD8312放大器级联，每级增益最大可达26dB,由STM321控, 通过键盘输入总增益值，考虑高频信号的幅度衰减问题，在衰减器后面再加一级 AD809放大器，使增益稳定。三、电路与程序设计1、各主要模块电路设计（1）宽带放大器模块AD8321为高频段放大器，含SPI总线接口，其带宽235MHz增益可调，其

6、 最大增益为26dB。为满足题目52dB的要求，系统采取三级级联的措施，理论上, Gain=26+26+26=78dB因此，可以实现题目中对增益的要求。由于阻抗已经匹配， 无需再加电阻网络，可以直连。为了减少电路走线间干扰，采用贴片式电路，电 路原理图如图二所示：-S&u針r蠢嘉lb1f « |Me|T A-TIIhe«8图PCB板如图三所示：MB*"*CLKO O O °PD善叵可5-3C-J 匚2J r?5 n 匚Io olo olo 胡一 a 云一 o ; 一 F 6600QnunnnnLU匚匚VeIuLIDI<rio- o一 o 一

7、叱oloer图三2）衰减器模块为了调整合适的增益放大倍数，采用 入信号，15脚可获得衰减后的输出信号，HMC47六位数控衰减器，从其4脚输可以程控获得0.5dB、1dB 2dB 4dB8dB 16dB 31.5dB接如图四所示：的增益衰减。该器件具有成本低，电路简单的优点。电路连vDCQOOpT 宁2423222120IS24i1 n13ACG2GG3肚G4ACG5ACGB791011W1 OACC1±=- =RFC1|1300pFMVi¥2QO轉 V59 Q=TJ3Cpr67IT-图四（3）滤波器模块由于要求-3dB的通频带不窄于40MHZ200MHZ同时为了使通频带内的

8、频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，故设 计16阶巴特沃斯带通滤波器。由于是高频信号，为了防止走线间相互干扰, 我们采用画贴片式PCB板的方法。滤波器的原理图如图五所示：冬五PCB板如图六所示:图六(4)直流稳压电源由于系统由12V单电源供电，放大器需9V供电，衰减器和STM32需5V供电， 但是只有12V转5V和12V转12V的隔值DC DC转换器，所以采用LM7809将12V 电源转化为9V,电路如图七所示：+12VVCC询 VOOOO图七3、软件设计根据题目要求，软件部分主要实现键盘的设置、显示和控制增益输出以及语 音播报功能（1）键盘实现功能：设置四个方向键和

9、一个确认键，通过方向键输入增益 值。（2）显示部分：采用OLCD液晶屏，显示增益值。（3）语音部分：采用PM66语音芯片，播放作品信息及放大增益倍数。 软件流程图如图八所示：图八四、测试方案与测试结果1、测试仪器高频信号发生器DG4062示波器MDO4103数字电压表FLUKEE数控式线性直流稳压电源LPS- 3052 、测试方案（1）增益测试从信号源输出一个有效值为5mV勺正弦信号，改变信号频率，用示波器测试 系统输出信号的电压有效值，计算放大倍数及增益。(2)带宽测试在最高增益状态下，从信号源输出一个有效值为5mV勺正弦信号，改变信号 频率，用示波器测试输出信号幅度的变化， 观测幅度降至最大值的0.707倍时的 信号频率，记录上限及下限频率，计算带宽值。3 、测试结果输入有效值为5mV增益为52dB时，测试输出以及增益表如表一所示表频率/MHz输出电压/V增益/dB607080901001101201301401501604 、测试误差分析由测试结果可知，随着频率增高，测试误差变大，原因是高频信号在传输过 程中，信号幅度会随着频率的增加而衰减，所以增益值有一定影响，而且电源， 连接线之间也有一定噪声干扰。五、结论本系统是基于AD8321的增益可控射频放大器，可实现60dB最大电压增益， 4dB步进调整，输入电压为5mV，输出电压2V，增益绝对误差不