程控增益射频宽带放大器
作者/席乐乐、曹洪亲、李玉宝、陪伦武、韩刚，辽宁工业大学电子与信息工程学院
信息工程
文章端要：为实现射频信号的放大和程控增益调节功能，采用压控增益亮带放大器AD8367为核心放大器件，通过MSP430F5529单片机控制高精度致/模转换增益调节范围为12~52dB、步进1dB的射频宽带放大器
关键测)：射频亮带放大器；压控增益：AD8367；MSP430F5529
1设计方案论证
■1.1固定带宽增益方案
方案一：采用高频三极管如9018等分立元件搭建宽带放大器本方案带宽足够快，增益高，成本低，但是电路设计复杂，稳定性差，容易发生自激，且三极管存在交越失真等现象，输出精度不高。不满足题目对放大器稳定性和精度的要求。
方案二：采用单片集成低噪宽带放大器，如3.9GHz超高带宽低失真、电压反馈型运算放大器OPA847，使用集成芯片在保证带克的基础上，可有效抑制噪声，且性能稳定，电路搭建简单，调试方便。将集成低噪声宽带放大器作为前置放大器，能够更有效地保证后级系统性能优异。
方案一中由于大量分立元件的引入，
使得电路复杂且稳定性
差。方案二采用集成运放，调试方便，稳定性好。因此，本设计选用方案二，
■1.2可控宽带增益方案选择
方案一：采用固定增益放大器，切换衰减网络的方法。首先有放大器级联实现固定增益（发挥部分要求52dB），再由继电器切换衰减网络(如刀型或T型）实现增益控制
方案二：采用集成可控增益放大器。选用宽带低噪声
线性
压控增益放大器AD8367作为增益控制核心器件。其控制电压由单片机控制DAC产生，其增益控制精度取决于DAC位数。此方案增益与控制电压量线性关系，控制精度高，稳定性优良，可实现增益连续可调，两级AD8367级联可实现较宽的增益调节范围。
方案一衰减网络由纯电阻搭建，虽然噪声小
成本低，1
但增
益调节精度受限于电阻值调节精度；且引入继电器，将影响高频特性，档位切换也无法实现增益连续可调。方案二采用了可变增益故大器AD8367，具有以dB为单位的线性增益的特点，并且以单片机作为控制可以满足题目要求0~60dB可调，方案方便、稳定，可
操作性强，所以采用方案二。 2总体方案设计
系统硬件电路由低噪声固定增益放大电路、宽带可控增益放大电路、功率放大电路、MSP430F5529单片机控制模块四部分组成
■2.1低噪声固定增益放大电路设计
前置增益采用低噪宽带放大器OPA847，设定固定增益放大以抵消级间匹配带来的损耗，而第一级放大较为关键，OPA847为低噪声运放，可以降低整体的输入噪声，参考芯片数据手册，单级取固定增益22dB，电阻采用用数据手册的量佳频率响应电阻推荐值。 ■2.2可控增益电路设计
程控增益电路模块采用500MHz带宽、线性压控增益运算放大器AD8367作为程控核心器件。依据数据手册，AD8367增益调节范围为-2.5~+42.5dB，输入阻抗Zin=200，通过对其输入端进行阻抗匹配，将其可控增益范围调整为-14~+20dB，两级级联理
论上可实现-28~40dB的增益范围调节。 ■2.3后级功率放大器的设计
为达到输出正弦波有效值Uo=2V，本方案设计的后级功率放大电路由高性能、低失真、电压反馈运算放大器THS3201 构成，THS3201具有540MHz带宽(Rf=576Q2，G=+5)
输出电流可达175mA，题目中需输出的电流经计算：1o=Uo/
R=2V/50Q=2.83Vp/50Q=56.6mA，能够达到设计要求， ■2.4通频带内增益起伏控制
对于频带内增益起伏的控制，通过两种方法来保证带内增益平坦。首先，我们采用增益平坦度较高的的放大器来进行级联设计，本设计中所用的得宽带放大器1dB衰减点均大于300MHz； THS3201具有380MHz的1dB增益平坦度带宽。从而保证放大器的带内增益平坦，其次，我们在放大器级间插入阻容元件，对放大器进行匹配，从而优化放大器的传输参数，同时减少电路分布参数对放大器幅频特性的影响。
■2.5射频放大器的稳定性分析
系统的稳定性取决于系统的相位格量，即放大器开环增益为 0dB时的相位与180。的差值。由于信号通过远放及反馈回路的过程中产生附加相移，使AY4+4F=N（N为奇数），产生自激（4里A 表示低频段的附加相移，4F表示高频段的附加相移）；本系统的设计中，反馈均为运放单级反馈，注意到每级运放自身产生的附加相移均小于180”。部分反馈电阻上可并联反馈电容，构成超前相位补偿来碱小输入杂散电客的影响；通过PCB板合理布线，使
反馈回路产生的相移最小。 3系统测试
■3.1频带响应测试
设定固定放大倍数，用函数发生器产生固定输入电压有效值 20mV的频率信号，然后用示波器测量系统的输出信号有效值，通过计算，求出系统的实际增益。最后将实际的增益与设置的增益比较，利用以上数据算出测量误差。测量时将输出端接到示波器，观察波形是否失真。
■3.2增益步进测试
测试增益步进控制准确性，增益控制范围为12dB~40dB 增益控制步长为4dB，增益绝对误差不大于2dB，并能显示设定的增益值，将输入固定为20mV，按照要求的步进增益测试输出信
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