增益可控射频放大器.doc

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增益可控射频放大器
系统方案
1、方案分析与比拟
方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。
方案2多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦与供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进展补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。
3、射频放大器稳定性
由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以与走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施：
〔1〕电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。
〔2〕外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB板时加以覆铜；对自动增益级与功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。
〔3〕级间干扰，各级之间，采用了上下频电容来滤除上下频噪声。
〔4〕走线相互干扰，走线尽量的短，信号线尽量不相交，以免产生高频自激。
〔5〕电路板要合理布局，防止信号之间的串扰，整个PCB板的底层为地平面，较大的地平面对噪声吸收较好。
〔6〕将输入局部和增益控制局部装在屏蔽盒中，防止级间干扰和高频自激。
4、增益控制
系统采用三级AD8312放大器级联，每级增益最大可达26dB，由STM32程控，通过键盘输入总增益值，考虑高频信号的幅度衰减问题，在衰减器后面再加一级AD809放大器，使增益稳定。
三、电路与程序设计
1、各主要模块电路设计
〔1〕宽带放大器模块
AD8321为高频段放大器，含SPI总线接口，其带宽235MHz，增益可调，其最大增益为26dB。为满足题目52dB的要求，系统采取三级级联的措施，理论上，Gain=26+26+26=78dB。因此，可以实现题目中对增益的要求。由于阻抗已经匹配，无需再加电阻网络，可以直连。为了减少电路走线间干扰，采用贴片式电路，电路原理图如图二所示：
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图二
PCB板如图三所示：
图三
衰减器模块
为了调整适宜的增益放大倍数，采用HMC472六位数控衰减器，从其4脚输入信号，15脚可获得衰减后的输出信号， 、1dB、2dB、4dB、8dB、16dB、。该器件具有本钱低，电路简单的优点。电路连接如图四所示：
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图四
〔3〕滤波器模块
由于要求-3dB的通频带不窄于40MHZ~200MHZ，同时为了使通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带如此逐渐下降为零，故设计16阶巴特沃斯带通滤波器。由于是高频信号，为了防止走线间相互干扰，我们采用画贴片式PCB板的方法。滤波器的原理图如图五所示：
图五
PCB板如图六所示：
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图六
〔4〕直流稳压电源
由于系统由12V单电源供电，放大器需9V供电，衰