基于可變增益放大器VGA AD603的帶寬直流放大器的

帶寬放大器是指工作頻率上限與下限之比遠大于l 的放大電路。這類電路主要用于放大視頻信號、脈沖信號或射頻信號。本文提出了一種以可變增益放大器VGA AD603 為核心，結合外圍模擬及數字電路實現寬帶放大器的設計方法， 帶寬可達10 MHz。

　　1 系統整體設計

　　該系統由前置放大、可預置增益放大、低通濾波器、后級放大、直流穩壓模塊和單片機控制與顯示模塊六大部分構成。具體電路結構如圖1 所示。

　　圖1 系統框圖

　　2 方案論證與設計

　　2.1 可控增益放大器方案選擇

　　方案一：DAC 控制增益。該方案從理論上講， 只要D/A 的速度夠快、精度夠高就可以實現很寬范圍的精密增益調節。但是控制的數字量和最后的增益(dB) 不成線性關系而是成指數關系，造成增益調節不均勻、精度下降， 且其增益動態范圍有限， 故不采用; 方案二：使用控制電壓與增益成線性關系的可編程增益放大器PGA，用控制電壓和增益(dB)成線性關系的可變增益放大器來實現增益控制。用電壓控制增益， 便于單片機控制， 同時可以減少噪聲和干擾。

　　綜合比較， 選用方案二， 采用可變增益放大器AD603作增益控制放大器。

　　2.2 輸入阻抗匹配方案選擇

　　方案一：采用低噪聲精準放大器OP27 設計前級的射級跟隨，盡管噪聲小、精度高，但是由于帶寬僅為8 MHz，達不到10 MHz 的要求;方案二： 采用高速寬帶運放OPA692 作為構成前級的射級跟隨器。OPA692 是高速寬帶運放， 其在±5 V 雙電源工作時，增益為2，頻帶寬度為190 MHz，電壓轉換速率為2 100 V/μs。

　　經過比較， 采用方案二。由于AD603 的輸入阻抗只有100 Ω， 使用OPA692 作為前級輸入完全能滿足要求，并且可以很好地隔絕前級電路對后級電路的干擾， 實現級間的阻抗匹配。

　　2.3 濾波電路選擇方案

　　方案一： 采用RC 濾波電路， 但RC 濾波衰減很大;方案二： 利用高速寬帶運放OPA690 設計二階巴特沃思濾波器，其通頻帶內的頻率響應曲線最大限度平坦， 沒有起伏， 而在阻頻帶則逐漸下降為零。經比較， 選擇方案二。

　　3 理論分析與參數計算

　　3.1 電壓增益控制原理分析

　　電壓增益控制原理分析AD603 的基本增益為：Gain =40 VG+10， 其中，VG是差分輸入電壓， 單位是V，Gain 是AD603 的基本增益，單位是dB 。從此式可以看出， 以dB 作單位對數增益和電壓之間是線性關系， 因此，只要單片機進行簡單的線性計算就可以控制對數增益， 增益步進可以很準確地實現。

　　3.2 通頻帶內增益起伏控制分析

　　為控制通頻帶內增益起伏， 采用二階巴特沃思濾波環節， 其電阻電容可根據式(1) 、式(2)計算：

　　其中f0為通帶截止頻率，Q 為f=f0時電壓放大倍數與通帶放大倍數數值之比。計算數據可仿真實現。

　　3.3 抑制直流零點漂移分析

　　在集成運放同相輸入端和反相輸入端外接總電阻相同的情況下， 可抑制零點漂移， 另外在實際調試中， 還應加入調零端， 可有效地調整零位。

　　3.4 放大器穩定性分析

　　在各級放大電路中， 設計中均采用了電壓負反饋，保證了放大器運行穩定。

　　4 主要功能模塊設計

　　4.1 可編程增益放大器

　　AD603 是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器， 溫度穩定性高， 最大增益誤差為0.5 dB， 其增益(dB)與控制電壓(V)成線性關系， 因此可以很方便地使用D/A 輸出電壓控制放大器的增益，并且其輸入電流很小，致使片內控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小， 很適合構成程控增益放大器?？删幊淘鲆娣糯笃鰽D603 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。帶寬90 MHz 時增益變化范圍為-11 dB～+3l dB; 帶寬為9 MHz 時為9 dB～51 dB。增益變化范圍可分三種模式進行控制： 當5 腳與7 腳斷開時，增益變化范圍為9 dB～51 dB，當5 腳與7 腳短接時， 增益變化范應為-11 dB～+3l dB， 當5 腳與7 腳之間接一電阻時，可使增益變化范圍進行平移。為了增大控制范圍，設計中采取了兩級AD603 級聯的方法，如圖2 所示。

　　圖2 可編程增益放大器