全国电子设计大赛放大器报告样稿.doc

摘要：该设计经过前置放大，程控放大和后级放大三级放大能将130M高频小信号放大52dB以上。信号先经过LMH5401进行前级差动放大，再利用单片机MSP430f5529和数模转换器DAC7571控制VCA821实现程控增益放大，末级经过高速宽带运放THS4303输出以驱动50Ω负载，实现输出电压有效值大于2V。
关键词： 射频放大器 程控放大 MSP430F5529 VCA821
一、系统方案论证
1、前置放大器模块论证和选择
方案一 用TI芯片OPA847搭建同相放大电路。OPA847有很宽带宽，能够满足本题目所要求宽带增益放大。不过OPA847圧摆率不够高，可能会造成输出信号失真。
方案二 用THS4303做前级放大，THS4303圧摆率能达成5500V/μ且它带宽高，能很好对高频小信号进行放大。但THS4303是增益固定为10V/V放大器，增益固定不可调。考虑到整体电路增益分配10V/V增益不符合我们所需前级放大倍数。
方案三 用差分放大器LMH5401做前置放大模块，LMH5401圧摆和带宽均能达成要求，有低噪声低功耗特点，同时它在 SE-DE 或差分到差分 (DE-DE) 模式下工作时产生二次谐波和三次谐波失真很低。所以用它来做前置放大效果很好。
综上选择方案三。
2、电源模块论证和选择
方案一 用稳压芯片TPS7350，TPS7325及TPS72325结合，将12V直流电源转换得到所需电压。TPS7350，TPS7325，TP72325均是低压稳压芯片，它们分别可提供+5V，- V固定电压输出，但这种方案不能得到-5V电压输出，不能对放大器进行+5V供电。
方案二 用放大器芯片OPA847和稳压芯片TPS7350，TPS7325相结合,得到多个输出电压，这种方法芯片较多，电路较复杂，但可得到所需电压，且提升了电源效率。
所以选择方案二。
3 、程控模块论证和选择
方案一 用可变增益放大器LMH6401和单片机相结合来控制增益改变。LMH6401是一款步长为1dB差分数字可变增益放大器，可用SPI通信接口控制其增益改变。但LMH6401增益范围为-6dB至24dB，单片LMH6401不能满足本题中增益范围为12~40dB要求，需要两片串联使用，但LMH6401价格较为昂贵所以此方案成本较高。
方案二 用压控增益芯片VCA821和单片机结合控制增益改变。VCA821是一款有较高圧摆率和带宽dB线性可变增益放大器。用单片机DAC控制VCA821引脚电压改变来控制整体增益，且其最大增益可经过设置电阻值来设定，所以可满足本题中40dB线性增益改变。
综上选择方案二。
4、 后级放大
此处我们用THS4303搭建固定增益放大电路做后级放大。THS4303是固定增益为10放大器，它还含有圧摆率高，频带宽特点。尤其是10V/V固定增益使得整体电路较为稳定，适合作为后级放大。
5 滤波模块
方案一 用电容器和电感搭建无源高通滤波器。此种方法元器件较少成本低，电路结构简单，且对谐波抑制效果很好。不过此种方法电能损耗大而且在射频情况下滤波器受系统参数影响较大，可能会造成系统工作不稳定。
方案二 用OPA847放大器搭建有源高通滤波器。用OPA847和电容和电阻一起组成二阶有源高通滤波器，和无源滤波相比它有愈加好可控性和快速响应特点，且它滤波特征不受系统阻抗影响，可消除在射频情况下和系统阻抗发生谐振危险。
综上选择方案二。
理论分析和计算
1 、射频放大器设计
放大器增益分析：
VCA821是一款压控dB线性增益放大器，其增益范围可根具电路自行设定。图一所表示，其中增益范围由RF和RG比值所决定，以下式：
此处设定其最大增益为32dB，经计算可取RF=200Ω，RG=，则当Vg电压在0~2V之间改变时，其增益在小于—20dB~32dB间线性改变。
图1 程控放大电路
依据题目知放大器电压增益AV≥52dB, 增益控制范围为 12dB～40dB。则电路中其它电压增益最少应大于20dB,考虑到实际电路中增益损耗此值应该偏大。因为VCA821输出电压过大会产生失真，所以不能将全部增益均加到前级。所以可采取以下增益分配：前级放大采取LMH5401所组成差分放大电路，放大倍数为8V/V()，后级放大采取固定增益为10V/V（20dB）THS4303所组成放大电路。则前级和后级所组成总增益为80V/V()能在全部芯片输出电压范围内达成