11射频宽带放大器.docx
- 文档编号:3281096
- 上传时间:2022-11-21
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:90.24KB
11射频宽带放大器.docx
《11射频宽带放大器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《11射频宽带放大器.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
11射频宽带放大器
射
频
电
路
应
用
课
程
设
计
射频宽带放大器
摘要:
本系统采用STM32单片机构成的最小系统为控制核心,设计了一个输入电压有效值小于20mV的射频宽带放大器。
其3dB通频带为0~20MHz,在1~15MHz通频带内增益起伏不超过1dB。
系统的基本放大器部分主要由前置放大、可控增益放大和后级功率放大构成,其中前级放大采用高速低噪声电流反馈型运放芯片AD637实现;可控增益放大以AD8367为核心,通过12位的DAC芯片TLV5614串行给予不同的控制电压的方式来达到增益步进(手动连续可调),总增益从0dB到60dB的目的;后级功率放大由1个电流反馈型放大器THS3001构成,其输出电压正弦波有效值Vo大于等于200mV,输出信号波形无明显失真。
通过键盘输入控制、人为设置增益并通过5110LCD进行显示,本系统界面友好美观,控制方便。
关键词:
程控放大,AD8367,功率放大
正文:
一、方案比较设计与论证
1.程控放大方案比较与论证
方案一:
采用可编程放大器的思想,将输入的交流信号作为D/A的基准电压。
理论上讲,只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。
但是,由于控制量和增益呈指数关系,会造成增益调节不均匀。
方案二:
使用控制电压与增益成线形关系的高性能可变增益放大器,用控制电压和增益成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。
采用可控增益运放AD8367实现。
AD8367的增益范围为-2.5dB到42.5dB可调,用一片达不到题目要求的0~60dB的增益,所以不可行。
方案三:
AD8367具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好,另外具有500MHZ的高带宽范围,极能满足题目射频宽带放大器各方面的设计要求。
但一片不能满足题目要求,所以采用两片AD8367级联,增益范围可达-5dB到80dB,这种方法的优点是电路集成度高,条理清晰,控制方便,易于用单片机处理,能实现系统要求。
鉴于以上分析,我们采用方案三。
2、功率放大部分方案比较与论证
方案一:
采用三极管等分立器件实现。
该方法可以较为准确地调节放大倍数、输入输出阻抗等参数,但实际的调试过程比较复杂,而且由于分立元件的分布参数较大,会引入较大噪声和干扰。
方案二:
采用驱动电流较大的放大器实现,如ADI公司生产的HTS3001等芯片。
该方法电路简单,增益可调,且只要芯片性能优良可以达到很高的信噪比。
两种方案都可以达到题目的要求,但方案二实现较简单,方便调试,故采用方案二。
二、系统总体设计方案及实现方框图
1.系统总体设计方案
根据题目的要求和方案的选择,本系统主要由三个模块电路组成:
可控增益放大电路、功率放大电路和单片机显示和控制模块组成。
其中可变增益放大电路以AD8367作为核心,通过12位串行DAC给予不同的控制电压实现增益范围为0~40dB。
功率放大电路采用HTS3001实现。
通过两片AD8367级联实现增益带宽达到60dB,之后通过单片机控制DAC输
出电压达到控制增益范围可调的目的,最后总增益为0~60dB可调。
最后经过一级功率放大电路,使输出电压有效值不小于1V。
AD8367:
500MHz、45dB线性dB可变增益放大器
集成平方律检测器的硅双极性VGA,AD8367是一款高性能可变增益放大器,设计用于在最高500MHz的中频频率下工作。
从外部施加0至1V的模拟增益控制电压,可调整45dB增益控制范围,以提供20mV/dB输出。
精确的线性dB增益控制通过ADI公司的专有X-AMP™架构实现,该架构含有一个可变衰减器网络,由高斯插值器提供输入,从而实现精确的线性增益调整。
此外,AD8367集成一个平方律检测器,使该器件可用作AGC解决方案,并提供检测到的接收信号强度指示(RSSI)输出电压。
AD8367的额定工作频率为CDMA/GSM和W-CDMA移动通信应用中常见的中频频率70MHz、140MHz、190MHz和240MHz。
AD8367采用高性能硅双极性工艺制造,提供14引脚超薄紧缩小型(TSSOP)封装,额定温度范围为–40°C至+85°C。
图2:
AD8367级联
2.系统总体设计框图
键盘模块
显示模块
信息采集模块
处理器模块
STM32
控制模块
电源模块
图3:
系统框图
二、理论分析与计算
1、带宽增益积的计算
1)增益控制部分
AD8367的基本增益公式为:
GAIN(dB)=50Vg-5
从上式可以看出,以分贝作单位的对数增益和电压之间是线性关系。
因此只需通过单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益,增益步进可以很准确的实现。
本系统采用12位串行D/A转换器TLV5614,基准源为3V,所以可输出的最小电压步进为3/212=0.001V=1mV,对应的增益步进为0.025dB,精确度足够高。
AD8367可实现0~40dB的范围可调,在0~30dB增益范围内,其在0~10M的频率相应效果较好。
2)各级增益分配
在10M频率范围内,前置放大为30dB,增益范围小于1dB,后级功率放大增益约为30dB左右。
可控增益部分在0~60dB范围内可调,另外通过单片机控制三个增益档位,分别为0.5dB、1dB、5dB左右,实际值根据实际系统调试适当改变,最终实现0~60dB的增益范围可调。
2、通频带内增益起伏控制
各级放大电路的运放芯片增益带宽积至少大于10MHZ,需要采用增益带宽积较大的芯片。
前级放大电路采用的运放LM6172为高速低噪声电压反馈型运放,其带宽为100MHZ。
放大6dB左右,使其在0~10MHZ通频范围内,增益起伏平坦。
AD600的增益范围为0dB到40dB可调,具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好,另外具有直流到35MHZ的高带宽范围,极能满足0~10MHZ通频带内增益起伏不大于1dB。
三、主要功能电路设计
1)可控增益放大
该部分以集成可变增益放大器AD8367为核心,AD8367的增益(dB)与控制电压成线形关系,它有一个电压控制端,通过改变控制端的电压就可以获得不同的放大倍数。
但为了实现步进基本连续,我们用DAC来给予其增益控制端电压,实现步进的连续性。
由于该芯片对控制端的输入电压非常敏感,充分的保证控制电压的稳定性是极其重要的。
于是我们选择12位串行DA转换器TLV5614并配合高精度基准源。
TLV5614外围电路非常简单。
同时在将电压引入控制端的部分采用了屏蔽、抗干扰和滤波措施,使电压稳定到最佳状态。
具体电路如图4所示。
图4可控增益放大电路
2)驱动电路
图5:
驱动电路
3)STM32控制模块如图6:
图6STM32的控制模块
五、系统测试与数据分析
1、测试方法及测试结果
(1)测试方法
将各级电路级联起来,输入0V的正弦信号,接入50欧姆的负载。
先调整10dB增益,即调节送入12位DAC的控制电压.然后分别将增益设置在16、22、28、34、40dB等,细调AD输出控制电压。
找出并验证其线形关系,做必要的修正。
并通过前后的检波系统和单片机的控制,使增益有自适应性和智能性,通过这种方法理论上可以将误差控制到极小的范围。
(2)测试结果
1)输出最大有效值
输入频率为1MHz,有效值小于20mV的正弦信号,设置增益为60dB,得到输出电压有效值为1V。
满足题目发挥部分要求不小于1V的要求。
2)输出噪声电压
增益设为0~60dB,将输入端短接到地,得到输出噪声电压为68mV,满足题目要求小于0.3VO的要求。
3)频率特性测量
增益可控制范围为0~60dB,将频率从0变化到10M测试的结果(频率—KHz,输出—dB)。
由于系统加入了增益监控和自动调整功能。
则增益控制较为准确。
经过以上测试该系统的频带范围为:
0到60MHz。
3、测试数据分析
由于我们采用了12位DAC对控制增益端施加电压,由于其精度较高,在加上AD8367线形度较好,再加上较高级别的屏蔽和滤波。
使电压即稳定又准确,实测与预置误差不超过1dB。
4、误差分析
结合该系统调试中出现的各种问题及其最终的解决方案和电磁场理论分析,本系统的误
差来源有:
1.外界的强电磁干扰,由于本系统中采用了对控制电压非常敏感的可变增益放大器AD8367,当外界电磁干扰较大时,如果没有屏蔽措施的话,噪声的电压直接叠加在AD8367的电压控制端上,这样就会使实际增益输出极为不稳定,这是整个放大系统最大的增益误差来源。
有效地排除外界干扰是保证整个放大系统增益稳定的有效保证。
2.电阻分压随着频率的变化而变化是导致增益不准确的主要原因。
加入自动增益控制,自动调整其控制电压,可以是增益稳定于设定值范围内。
3.可变增益放大器AD8367本身的增益亦存在误差,但在输入的控制电压稳定时,该误差可以忽略。
六、系统总结
本系统采用单片机和FPGA相结合,基本实现了题目的基本要求以及部分扩展功能。
经综合测试,系统达到了很高的指标。
系统输入阻抗=50,输出最大有效值为10,增益范围0dB~60dB,增益预置值和实测值误差的绝对值<=1dB,增益步进5dB可调,3dB通频带上限可以做到100M,下限频带可以做到0.3M。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 11 射频 宽带 放大器
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)