基于AD603的可控直流寬帶放大器

曾繁政 黃 河

（賀州學(xué)院，廣西 賀州 542800）

基于AD603的可控直流寬帶放大器

曾繁政 黃 河

（賀州學(xué)院，廣西 賀州 542800）

放大器利用AT89S52單片機(jī)為控制核心，兩級(jí)可控增益放大器AD603芯片為放大核心，利用10位的DAC芯片TLC5615輸出模擬電壓直接控制AD603增益控制端，實(shí)現(xiàn)增益控制，根據(jù)AD603的放大倍數(shù)與控制電壓的關(guān)系得到信號(hào)放大倍數(shù)。該放大器寬頻帶、低噪聲、高增益、性能穩(wěn)定。

寬帶直流放大器；AD603；單片機(jī)；可控增益放大器

隨著社會(huì)發(fā)展，各類型放大器的運(yùn)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。在當(dāng)今科技和通訊高速發(fā)展下，各種自動(dòng)化、智能化儀器裝置對(duì)信號(hào)的要求越來越高，尤其在一些高精度的領(lǐng)域，對(duì)小信號(hào)的放大與處理要求更為嚴(yán)格。普通的運(yùn)放存在著本身不可忽略的缺點(diǎn)，用普通的運(yùn)放設(shè)計(jì)的放大器一般具有頻帶窄、噪聲系數(shù)大、低增益的特點(diǎn)。直流寬帶放大器可以對(duì)寬頻帶、小信號(hào)、交直流信號(hào)進(jìn)行高增益的放大，廣泛應(yīng)用于軍事和醫(yī)用設(shè)備上等高科技領(lǐng)域上，具有很好的發(fā)展前景。研究和設(shè)計(jì)一款高增益、高精度、低噪聲、增益可控性高的直流寬帶放大器成為了人們的廣泛關(guān)注。本系統(tǒng)介紹了以AD603為核心實(shí)現(xiàn)高增益、高精度、低噪聲的程控直流寬帶放大器。

（一）系統(tǒng)硬件原理

系統(tǒng)由控制器、主放大電路、DA增益控制、鍵盤掃描、液晶顯示及直流穩(wěn)壓電源六大功能模塊。各模塊間的關(guān)系如圖1所示?？刂破鞑捎肁tmel公司生產(chǎn)MCS51系列的AT89s52單片機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。DA轉(zhuǎn)換使用TLC5615，TLC5615是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入（高阻抗）的10位電壓輸出串型數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，器件使用簡(jiǎn)單，用單5V電源工作。信號(hào)經(jīng)過IO直接驅(qū)動(dòng)DA芯片工作，進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，輸出控制電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)AD603的增益控制。鍵盤使用常用的4X4鍵盤，采用LCD12864顯示，主要顯示增益值，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換。LCD12864液晶屏是由128*64個(gè)像素組成，具有顯示漢字，圖形等功能，使得整個(gè)系統(tǒng)顯示界面友好、大方。系統(tǒng)需±5V電源供電，電源采用了由三端穩(wěn)壓器LM7809和LM7905組成的直流穩(wěn)壓電源。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

（二）放大電路工作原理

1.AD603簡(jiǎn)介

AD603是一種具有程控增益調(diào)整功能的芯片,它是美國(guó)ADI公司的專利產(chǎn)品，是一個(gè)低噪、90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關(guān)系，壓擺率為275V/μs。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍，增益在-11～+30dB時(shí)的帶寬為90Mhz，增益在+9～+41dB時(shí)具有9MHz帶寬，改變管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內(nèi)。該集成電路可應(yīng)用于射頻自動(dòng)增益放大器、視頻增益控制、A/D轉(zhuǎn)換量程擴(kuò)展和信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)。

2.AD603放大電路及原理

AD603的放大電路如上圖2所示。AD603由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。從第3腳輸入的信號(hào)經(jīng)衰減后，由固定增益放大器輸出，衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無關(guān)，而僅與其差值Vg（1腳和2腳的電壓差）有關(guān)，由于控制電壓1腳和2腳的輸入電阻高達(dá)50MΩ，因而輸入電流很小，致使片內(nèi)控制電路對(duì)提供增益控制電壓的外電路影響減小。當(dāng)?shù)?和第5兩管腳的連接不同電阻時(shí)，其放大器的增益范圍也不一樣，當(dāng)兩腳短接時(shí)，增益為40Vg+10，Vg在-500mV～500mV時(shí)的增益范圍在-10dB～30dB，本設(shè)計(jì)就應(yīng)用次性能。

選用AD603作為主放大器，兩片AD603采用順序級(jí)聯(lián)形式，充分發(fā)揮每一片AD603的增益控制功能。AD603的2腳對(duì)地壓降固定，從而1、2腳的電壓差Vg受1腳電壓的控制。AD603的增益可表示為：Gain=40·Vg+10。由此可見，隨著1腳電壓的增加，Vg也增加，則AD603的增益變大，相反，若1腳電壓減小，Vg也減小，則AD603的增益變小，從而使兩級(jí)AD603的輸出恒定在某個(gè)信號(hào)強(qiáng)度上。

兩片AD603采用順序級(jí)聯(lián)模式有利于控制精度和信噪比的提高。而順序級(jí)聯(lián)模式要求在放大信號(hào)時(shí)先啟用第一片

AD603的增益，用盡后再用第二片的增益。由AD603的增益計(jì)算公式可知，當(dāng)Vg在-500mV～500mV之間時(shí)，其增益在-10～30dB范圍內(nèi)變化，則兩片AD603的Vg之間應(yīng)有1V的電壓差，在圖2中可見，即兩片AD603的2腳之間有1V的壓降。將第一片AD603的增益范圍定為 -10～30dB，則相應(yīng)的Vg為-500mV～500mV，而其2腳已固定在2V，故1腳的控制電壓應(yīng)為1 V～2.5V。第二片AD603的增益范圍也應(yīng)定為-10～30dB，則相應(yīng)的Vg與第一片AD603相同，而其2腳已固定在3V，故1腳的控制電壓即應(yīng)為2.5 V～3.5V，兩片順序級(jí)聯(lián)后的總增益范圍為-20～60dB。

由以上分析可知，當(dāng)DA轉(zhuǎn)換器電壓V從1V到3.5V變化控制1腳時(shí)，兩級(jí)AD603的總增益將從-20dB～60dB線性增加。

由于AD603的輸入阻抗僅為100Ω，要能很好的匹配信號(hào)源輸出阻抗，必須加入輸入緩沖部分以提高輸入阻抗。前級(jí)電路對(duì)整個(gè)電路的影響非常大，必須盡量減少噪聲.故應(yīng)采用高速低噪聲的運(yùn)放。系統(tǒng)采用高速低噪聲運(yùn)算放大器OPA642作前級(jí)緩沖，它的電源電壓范圍為±4V～±22V，具有40M的帶寬范圍，輸入阻抗可以達(dá)到3G，能夠很好的匹配前后級(jí)阻抗。這樣信號(hào)先進(jìn)入前級(jí)的緩沖級(jí)進(jìn)行了除噪處理，信號(hào)緩沖，阻抗匹配后方從AD603的3腳進(jìn)入，經(jīng)過兩級(jí)AD603放大組合進(jìn)行放大，電路級(jí)間沒有容性元器件，故可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流交流信號(hào)的處理。

圖2 AD603放大電路

3.抗干擾措施

在進(jìn)行高頻小信號(hào)的放大的時(shí)候，頻帶比較寬，當(dāng)電路工作于較高的頻帶時(shí)很容易引起自激等不良現(xiàn)象，因此要采取各種抗干擾措施。本設(shè)計(jì)抗干擾主要措施如下：第一，在電路布線是應(yīng)盡可能使數(shù)字電路部分與模擬電路部分隔離；第二，信號(hào)傳輸屏蔽，信號(hào)之間盡量用焊接法，減少用夾子夾或是插拔接頭，信號(hào)傳輸使用同軸線，接頭使用SMA接頭；第三，整個(gè)系統(tǒng)除信號(hào)輸入、輸出接口外全部用金屬外殼屏蔽。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包含了系統(tǒng)初始化程序、LCD12864顯示程序、鍵盤程序、DA轉(zhuǎn)換程序等。系統(tǒng)初始化程序主要對(duì)系統(tǒng)的IO和液晶顯示的初始化。液晶顯示程序?qū)纹瑱C(jī)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示處理，實(shí)現(xiàn)友好人機(jī)界面的信息交換。DA轉(zhuǎn)換主要將鍵盤輸入的鍵值經(jīng)過相應(yīng)的處理以后，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸送給DA芯片的數(shù)據(jù)口進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出連續(xù)可調(diào)的模擬電壓，用以控制AD603的1腳電壓，實(shí)現(xiàn)程序控制。程序流程如下圖3所示。

圖3 程序流程圖

（四）結(jié)束語

系統(tǒng)利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)增益的步進(jìn)和預(yù)置，系統(tǒng)的通頻帶在0Hz～10MHz時(shí)能穩(wěn)定輸出，增益范圍在-20dB到60dB內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)和步進(jìn)可調(diào)，增益誤差小于1dB，系統(tǒng)噪聲小于20mV。系統(tǒng)具有寬頻帶、低噪聲、高增益、高抗干擾、性能穩(wěn)定。系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，界面友好，已投入使用。

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TN495

A

1008-1151(2010)04-0036-02

2010-01-02

曾繁政（1983－），男，廣西梧州人，賀州學(xué)院教師，廣西師范大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制與電子技術(shù)。