基于AD5545的可编程宽带直流信号放大器
摘要：设计了一种增益可手动数字设置或程控设置且无调节电位器的宽带直流放大器。该放大器主要以单片机MSP430和继电器组作为电路的主要控制部分，由使用D/A转换器AD5545控制的放大电路、前级信号调理电路、后级功率放大电路和滤波器组成，实现了增益连续可调的功能。该放大器在0~60dB范围内连续可调，输出信号无明显失真，在0~5MHz范围内信号可放大60dB，最大输出电压为8V。
Abstract: A broadband DC signal amplifier which its gain could be manually set or programmed to set without adjustment potentiometer is designed. MCU MSP 430 and the relay as the circuit"s main control part which is also include the amplifier circuit controlled by D/A converter AD5545, the first level signal conditioning circuit, power amplifier and filter-class composition, the function of gain continuously adjustable is realized. The amplifier is adjustable in the range of 0 ~ 60dB with the output signal without significant distortion, in the range of 0 ~ 5MHz, the signal could be amplified to 60dB, the maximum output voltage is 8V.
关键词：宽带放大器；可控增益；信号调理；功率放大器；滤波器
Key words: broadband amplifier; gain controlled; signal conditioning ; power amplifier; filter
中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0173-01
0引言
宽带放大器在通讯系统和相关领域的科学研究中发挥着越来越重要的作用，是音响、有线电视、无线通信等系统中必不可少的部分，现代科学及相关应用对宽带放大器的要求也越来越高。宽带放大器以其线性好，具有足够的增益来抑制后级电路的噪声对系统的影响，且增益连续可调等特点，成为现代无线接入技术和远程通信系统中的一类极为重要的放大器。这里采用AD829实现可调信号增益放大，该电路的频率从0~5MHz，可调增益为0~60dB，后级功率放大器的最大输出电压为8V，负载为50Ω。该电路稳定性好，精度高且成本低廉，具有较高的技术经济指标和广泛的应用领域。
1整体系统设计方案
系统分为信号处理和控制电路两部分。信号处理电路主要由跟随器模块、可变增益放大器电路和功率放大电路组成。前级放大电路采用AD829。可变衰减电路采用AD5545，其在60dB的增益范围提供100MHz带宽，并且易于DAC控制。输出部分采用分立的高频元件组成能调节输出阻抗的功率放大网络，提高带负载能力;系统通过MSP430实现系统的控制，将键盘和ALPS旋钮输入信号通过I/O输出，以控制D/A的衰减，实现增益连续可调。
2系统硬件电路设计
2.1 可控衰减电路
本系统采用D/A的一种特殊用法进行可控衰减，较好的实现了线性衰减。我们选用的D/A必须是纯电阻网络的D/A，即信号从D/A的参考电压端输入，用MSP430进行控制，可控制信号的衰减。衰减精度与D/A的位数有关，本系统采用的AD5545是一款12位D/A，理论上可进行1/4096步进的衰减，最大衰减幅度为1/4096。要是想进行更精密的可控衰减，可再串联一个D/A进行同时控制，达到更好的性能。由于考虑到前端阻抗匹配问题，整个系统最前端加一级射随电路，提高输入阻抗，同时可以驱动后级电路。
2.2 后级换挡放大电路
由于前级进行了可控衰减，所以后级进行固定增益放大可满足要求。考虑到使用方便性，我们设计的时候采取了用继电器组进行3档切换放大，级分别可达1~10，10~100，100~1000，加上原有的D/A的衰减，可进行4档程控增益放大，为0.1~1，1~10，10~100，100~1000，步进精度为每个档可进行0.1%的步进。
其中为了防止电源的低频，高频谐波干扰，要加电源滤波部分。
同时在第一级跟D/A衰减部分要加滤波器进行高次谐波滤波，增加系统的稳定性，由于此电路的截止频率为5MHz，要求通频带内起伏非常小，所以还需要一个6阶椭圆滤波器。
2.3 后级功率放大电路
设计后级功率放大电路时，由于此系统的通频带为0~5MHz，所以传统的AB类，D类功放设计起来有难度，而且在此通频带内性能也不理想，所以我们采取了大功率集成运算放大器做为后级功率放大，电路设计成射随形式，可提供充足的功率。而且由于本身具有运算放大器的特性，所以带内线性度较好，起伏也非常低，输入阻抗高，输出阻抗低，可与前级和后级进行很方便的匹配。
3系统软件设计
本系统采用 MSP430单片机， 运用C 语言编程。当单片机检测到有按键按下时，读取按键值进入对应测试状态，主程序通过键盘扫描的形式判断各个按键的状态，并将按键的状态存储到一个先入先出的缓冲区，等待系统处理。
4测试结果
将该放大器置于室温28℃，通过函数发生器在输入端加入幅度为±10mv的正弦波信号，在0~5MHz依次改变信号的频率得到频率特性数据，如表1所示：
由测试数据可以看出通频带为0~5MHz，带内起伏<0.1dB，输出电压8V，增益精度为每档0.1%，线性失真小于0.1%。
5结束语
本文设计了一种可手动数字设置或程控设置且无调节电位器的宽带直流放大器，具有良好的放大功能和较宽的频带范围，具有增益连续可调的功能，并且抑制噪声能力强，设计精巧，具有很强的使用价值和应用前景。
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