射频宽带放大器方案及对策

1、-. z.射频宽带放大器设计报告摘要：本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分，能实现放大倍数050dB增益可调。前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大，固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。关键词：宽带放大器 高速运放 OPA847 AD8330一、方案论证与选择1、方案选择与比较1.1 固定增益放大器比较方案一：采用OPA820运放芯片作为固定增益放大，该芯片是一种高速运算放大器，在6 Hz 20 MHz 的通频带中可实现放大

2、增益为43 dB, 具有带波动小, 输出噪声低的特点。但是缺点是通频带不够宽。方案二：采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大，符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。方案三：采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器，最大频带宽度达3.9GHz，完全满足本题频带要求，输入电压噪声低，带波动小，自激现象少。综上所述，本设计采用方案三。1.1.2 可变增益放大器比较方案一：采用可编程程控放大器AD603。该运放增益在-11+30dB围可调，通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益围，易于控制。但该运放增益可调带宽为90MHz，不满足题目要求。方案二：采用高

3、增益精度的压控VGA芯片AD8330。该芯片可控增益带宽可达150MHz，增益可调围070dB,符合本题指标要求.因此，该电路采用方案二。1.1.3 电压增益可调方案比较方案一：基于单片机做步进微调。由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控，实现增益在可取围可调。但是，此设计只能步进调节，不能连续可调，此方案不可取。方案二：基于精密电位器做连续可调。用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。电路简单，节省成本。经比较，本设计选择方案二。2、方案描述总体框图如图1所示。信号源可变增益前级放大固定增益后级

4、放大差分电路负载直流稳压电源图1 系统总体框图示意图本系统通过将用双电源供电。前置放大电路对输入信号进行可调放大，放大020Db,再经THS3001的差分电路及缓冲器BUF634，提高系统带负载能力。二、 理论分析与计算1.增益带宽积分析增益带宽积(GBP)为电压增益G与通频带BW的乘积，即GBP=GBW。（1）电压反馈型运放：由放大电路频率特性分析可知，无反馈和电压反馈(反馈系数为F)时电压放大倍数：，(1)式中Avm为通带电压增益，fh为无反馈时运放截止频率。比较两式可知，存在电压反馈时，运放通带增益，通频带分别为：，(2) 图3 电流反馈型运放模型由(2)式可见，引入电压负反馈后，增益带

5、宽积仍为一常数。在电压反馈型运放的使用中，要充分权衡电压增益与通频带的关系。系统用的TI公司提供芯片OPA847增益带宽积为3900MHz，在系统中该运放最高增益为8，则可计算得。（2）电流反馈型运放：电流反馈型运放模型如图3所示。根据反馈理论可得以下公式：(3)且R0R1,R0R2，则通频带宽度：。 上式表明电路通频带仅由反馈电阻和部电路确定，与电路增益无关。因而电流反馈型运放没有增益带宽积的限制。据此，系统将电流反馈型运放THS3001用于后级跟随用，带宽为420MHz，完全满足题目带宽要求。由上述分析可知，系统增益放大电路在10MHz以频带几乎无衰减。2.有效值计算与分析系统输出信号经峰

6、值检波电路进行精密整流并积分后得到信号的峰值，信号输出是双极性正弦波，因此利用峰值和有效值之间的换算关系可计算出有效值：(4)为输电压峰值，为输出电压有效值。三、电路与程序设计1、可调增益放大器电路可控增益放大电路由高精度可控增益运放AD8330构成，该运放设计电路如图所示：图2 可调增益放大电路1.CMGN管脚接地时 VDBS输入电压是01.5v，CMGN管脚接一个0.1电容到地，可以把vdbs的电压提高到200mv1.7v(同时也将CMGN需要的电压提高)，也可以通过外接电压0500mv;2.MODE悬空或者接high,增益与电压成正比 反之则反3.VMAG 默认电压为500mv,由部产生

7、，可以外接电压来改变输出幅度，使增益扩大VMAG/0.5倍，但是幅度最高为+-4*vmag, 输出电压值为 gin*vin*vmag*24.dffset,信号通道中的高通滤波器,corner fre接在地上的话,可以允许直流信号通过,可以通过使用电阻和电容的串联来避免电容过小。在需要直流信号的时候，offset接地5.差分信号每个管脚的输入极限是电压的一半（VDBS为0），在VDBS增大的时候，输出峰值的极限被VMAG限制, VMAG大于2v以后会受电源电压限制。共模电压输出最大为电源电压的一半，输入的共模电压按0.757Vrt + 1.12传输6.输出端的共模电压可以达到电源电压的一半，也可

8、以通过TR管脚来控制共模电压，这个电压可以在0vss7.输入差模阻抗为1k，输出差模阻抗150 ，输入阻抗的不匹配会造成噪声增加，输出阻抗的不匹配会造成增益减小RL/(PRL+150) ，通过串联电阻来完成阻抗的匹配8.增益控制 VDBS（01.5）CMGN不接 050db 输出信号幅度；CMGN=16mv -30db20db；CMGN=5v，20db70db2、差分电路用电流反馈型运算放大器THS3001做一个差分电路，由于前级输出共模信号对后级有影响，则用差分输入以消除共模信号，从而有足够大的输出幅度。另外，由于前级可控增益部分是双端输入、双端输出，如果采用单端输出则增益衰减一倍，因此，采

9、用差分电路作为可控增益输出。图3 差分放大电路3、缓冲器变输出阻抗 高速缓冲器BUF643做一个50的输出阻抗，应题目要求输入与输出阻抗都是等于50，输出级阻抗匹配,作为负载电路的前级。图4输出电路五、 测量仪器1、使用仪器及型号DF1701S直流稳压电源DS1062E-EDU 60M数字存储示波器DS1062E-EDU 100M数字存储示波器 1012 60M数字信号源 HYelec四位半数字万用表Hp8713B射频网络分析仪2、测试方案与数据（1）放大器带宽及通带起伏测试测试方案：输入正弦波信号均方根值为10mV，对输入信号频率进行扫描，依次测输出信号均方根值，运用60MHz双踪示波器和射频网络分析仪测试。测试数据：按表1测试并记录数据。 表1 放大器带宽及通带起伏测试f /MHz1358121520231630输入 /mVrms10101010101010101010输出 /mVrms1051061041021019897969494放大倍数10.510.610.410.210.19.89.79.69.49.4增益 /dB20.420.320.120.22