您的位置:信汇在线首页 > 新闻资讯 >

基于VCA822的可编程增益放大器

作者:admin 发布时间:2019-07-11 10:43

  宽带放大器在工业丈量与控制范畴应用普遍。在丈量与控制电路中,宽带放大器是调理传感器输出信号的重要环节。传感器输出的电平信号通常不是规则的正弦信号,且输出电压范围常常变化很大,这就需求后级放大用具有较高的频带宽度和灵敏的电压增益,因而,这里提出一种以压控增益放大器VCA822为中心的可编程宽带放大器,可完成通频带为100Hz~15MHz,放大器增益为10~58dB,6dB步进可调。该设计可经过矩阵式键盘设置放大器增益,液晶显现器显现输出电压,人机界面友好。
放大器
  1放大器设计及工作原理
  设计一个经过键盘设置增益,且具有AGC功用的宽带放大器。放大器输入端采用同相放大电路停止阻抗匹配,使输入电阻到达MΩ数量级。该系统设计分为宽带放大、峰值采样、人机交互等3个模块。
  宽带放大模块中电压增益可预置的功用是由VCA822完成。VCA822一款直流耦合型宽频带压控增益放大器,最大工作频带宽度可达150MHz。放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决议。控制电压的输出是由单片机运算并控制D/A转换器而输出的,因此可以完成较准确的数控。另外,放大器后级接入两档信号处置电路,一档增益0dB,另一档为衰减档,经过一个控制端口,完成信号在这两档位之间选择。这种办法的优点在于条理明晰,控制便当,易于单片机处置。
  针对峰值采样,采用数字检波,即经过高速A/D转换器对输出的正弦信号停止采样,判别一定时间内采集到的数字信号的最大值,该最大值即为该信号的峰值。而这种通用数字峰值检波电路仅能在低频段效果良好,针对系统设计请求中的高频信号,以及某些特定频率信号,将产生一定误差。采用双频数字峰检对信号停止采样,这种计划可有效防止产生误差。
  在上述两模块的根底上完成AGC的功用。峰值检波测得的电压值反应回单片机,单片机对宽带放大电路完成放大准确控制。经过这种方式可将输出信号的峰值稳定在4.8V左右。该系统总体完成框图如图1所示。
  2系统硬件电路设计
  2.1VCA822简介
  该系统采用VCA822型宽带压控增益放大器。在控制电压的作用下,该器件可提供准确的增益,且按V/V线性变化,其根本增益。其中VC是控制电压输入。电压根本增益为(V/V)。应用单片机停止恰当运算可控制以dB为单位的对数增益。给VCA822提供控制电压的D/A转换器为MAX541,其位数为16bit,因此精确完成增益步进。鉴于VCA822优越的噪声特性和高精度的增益控制,因而选用该器件完成系统的可变增益。
  2.2系统增益分配
  放大器其他局部固定增益为34dB,由中间级OPA699和后级功放共同提供。在测试过程中,发现VCA822的控制电压范围为-1~lV,且该器件为±5V供电,输出电压峰峰值不能大于4V,否则输出波形失真。为了尽量进步输入电压的动态范围,完成放大器增益可调,将VCA822设计为放大器前级,且增益的控制在0~24dB可选,输出信号接OPA699构成的同相放大。经单片机控制,与后级两个档位选择性级联。两档位的增益分别为0dB、-24dB。从而可以完成最小增益10dB,最大增益58dB的9级可调。
  2.3放大电路
  前级输入应用MAX477设计射级跟随器,使得输入电阻趋近于无量大,从而进步输入阻抗。与VCA822经过电容耦合,其控制电压由MAX54l输出。由于MAX541的转化范同为O~Vref,故在D/A转换器输出端增加一个减法器,输出范围为-l~+1V,MAX54l的参考电压由MAX6225提供。VCA822后级接入OPA699,OPA699为高增益、高摆率宽带运放。其工作带宽可到达l000MHz,采用该器件设计增益G为12的放大器,完整满足带宽为15MHz的请求。之后为经过电阻网络和模仿开关设计的两档衰减电路,一档衰减OdB,一档衰减24dB,由模仿开关MAX333控制选通。最后应用电流型、高摆率的运算放大器AD8l1和分立元件设计的后级推挽功放完成功率放大,放大倍数G为+4,并增大负载才能。电路完成原理图如图3所示。
  为了进步电路的稳定性,此电路采用一系列的抗干扰措施。其中包括每片器件的供电局部采用4.7μF和104pF的电容停止电源滤波,各级放大器间的信号输入输出采用屏蔽线停止衔接,数字地和模仿地之间采用电感隔离。
  2.4后级功率放大电路
  为了增加系统负载才能,思索到运算放大器AD811本身负载驱动才能的限制,这里选用AD8l1配合高频中小型功率对管2N3904(NPN型)和2N3906(PNP型)(两功率管特征频率fT=300MHz)搭建0CL功率放大器。前级由AD811组成同相放大器,放大倍数为Av=1+Rf/R3;后级选用功率对管扩流构成甲乙类功率推挽输出方式提供负载驱动电流。经实验测试,输出端接50Ω负载时,无失真的最大输出电压峰对峰值到达18V。电路原理图如图4所示。
  2.5数字检波
  本设计中的峰值检波电路基于信号频谱搬移理论,由于A/D转换器在单一采样率停止采样时会呈现盲区频段,故以2个特殊频率(双频)先后对信号停止采样,提取采样结果中的最大值即可得到周期信号峰值。这种办法可统筹上下频,合适应用于该系统100Hz~15MHz的状况。采用A/D转换器MAXl97,应用2个采用率f=50.000kHz,f2=50.005kHz互补采样盲区,可得到良好采样效果。设置A/D采样率的方波信号由FPGA提供。
  3系统软件设计
  该系统软件采用模块化和层次化的设计思想。采用模块化设计思想,要对某一子控制器控制,只需调用相应的控制模块即可。模块内采用层次化设计,把底层的硬件接口处置编制为独立底层子程序,并向上提供处置数据,且对上层功用模块屏蔽底层硬件接口局部;最后,主程序只需调用相关的功用模块就可便当构建系统。
  本系统软件局部主要由单片机组成,其中主要包括系统初始化、中缀的响应和中缀的处置。该设计功用完成以键盘的按键中缀为主线,经过读入用户输入的键值,在相应的中缀响应函数中与FPGA中对应的控制模块以总线的方式停止及数据的交流,触发FPGA内相应的控制时序,完成对信号的放大和丈量。系统软件流程如图5所示。
  4数据测试
  该系统应用数字合成信号源、双踪示波器、仿真机、交流电压表停止测试。调理输入信号的频率,并应用交流电压表记载输出电压的有效值。测试结果标明,放大器的放大倍数在10~58dB内9级可调,-3dB点为100Hz~15MHz,且放大效果稳定。关于放大器的AGC功用,将输入信号频率固定,改动电压大小,输入信号峰值为9mV~1V时,可将输出信号稳定在峰值为4.5~5V的电压范同内,故AGC动态范围大于40dB。预置放大器放大倍数58dB时,输入端接地,输出噪声电压小于10mV。
  5结论
  该系统设计是以VCA822为中心的可控增益宽带放大器。经测试,系统通频带为100Hz~15MHz,增益10~58dB内9级可调,且放大器AGC功用的动态范围大于40dB。此外,系统输入端采用MAX477接成同相放大电路,使得系统输入电阻到达MΩ数量级。后级AD811和分立元件搭建的功率放大电路,进步了系统带负载的才能。系统还采用多种抗干扰措施,有效保证放大器精度,并具有良好噪声和线性。