增益可控射頻放大器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、.wd.wd.wd.增益可控射頻放大器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)方案1、方案分析與比較方案1：以高增益精度的壓控VGA芯片AD603作為核心放大器，但頻率再高時(shí)，效果很不理想，并且在級(jí)聯(lián)時(shí)，很容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。方案2:采用寬帶可變?cè)鲆鍲ET放大電路，其缺點(diǎn)是增益步進(jìn)控制難以實(shí)現(xiàn)，高頻時(shí)頻率的穩(wěn)定性不好，在75MHz108MHZ增益起伏較大，不能滿足要求。方案3：采用射頻放大器AD8321+衰減器HMC472+放大器AD809的形式。第一級(jí)為AD8321三級(jí)級(jí)聯(lián)，使增益倍數(shù)到達(dá)52dB?？紤]到輸入信號(hào)為高頻信號(hào)，隨著頻率增加，幅度衰減增大，所以第二級(jí)加上可設(shè)置分貝衰減器，衰減器隨著頻率升高衰減效果明顯，通

2、過(guò)這樣的方式使輸出幅度穩(wěn)定。但考慮實(shí)際擬合后，增益會(huì)稍微下降，最后通過(guò)第三級(jí)放大器將增益值穩(wěn)定至輸入增益。AD8321是一款低成本、數(shù)字控制式可變?cè)鲆娣糯笃?，所需輸出增益?比特串行字決定，方便STM32程控，輸出增益范圍為-27.4dB26dB，增益變化為0.75 dB/LSB。具有極低輸出噪聲電平，上行帶寬高達(dá)235 MHz(最小增益)，符合題目200MHz要求。綜上考慮，AD8321具有頻帶寬、噪聲低、增益可編程，易于與STM32進(jìn)展串行通信等優(yōu)點(diǎn)，選用方案3。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由：鍵盤控制，液晶顯示、語(yǔ)音播報(bào)模塊，三級(jí)AD8321級(jí)聯(lián)，衰減器，第二級(jí)放大模塊，濾波器電

3、路，電壓轉(zhuǎn)換電路組成。總體設(shè)計(jì)框圖如圖一所示：DC-DC9VDC-DC5VAD8321AD8321AD8321STM32液晶顯示鍵盤直流穩(wěn)壓電源 輸入輸出語(yǔ)音播報(bào) AD809濾波器衰減器圖一二、理論分析與計(jì)算1、射頻放大器設(shè)計(jì)按照本設(shè)計(jì)要求，帶寬為40MHz200MHz，電壓增益為52dB。所以采用AD8321三級(jí)級(jí)聯(lián)的方式。8321最大增益為26dB，理論上總增益=26+26+26=78dB，符合設(shè)計(jì)要求。并且阻抗之間已經(jīng)匹配，級(jí)聯(lián)時(shí)無(wú)需額外電阻網(wǎng)絡(luò)。為了防止高頻走線間干擾，采用貼片式電路，原理圖是根據(jù)器件手冊(cè)的應(yīng)用電路來(lái)設(shè)計(jì)。2、頻帶內(nèi)增益起伏控制造成通頻帶內(nèi)增益起伏的原因有很多，包括帶內(nèi)

4、波動(dòng)、運(yùn)放幅頻響應(yīng)不平坦及供電電源電壓不穩(wěn)等，為了降低增益波動(dòng)，在三級(jí)放大輸出加上衰減器，利用衰減器HMC472隨著頻率增高衰減效果明顯的特性，使頻帶內(nèi)增益起伏得到控制。對(duì)幅度衰減特性進(jìn)展補(bǔ)償，最后再加一級(jí)AD809，將增益穩(wěn)定。3、射頻放大器穩(wěn)定性由于本系統(tǒng)的處理對(duì)象是高頻信號(hào)，所以整個(gè)系統(tǒng)對(duì)噪聲的處理要求很高才能保證射頻放大器的穩(wěn)定性。噪聲來(lái)源包括：電源、外界環(huán)境、級(jí)間干擾，以及走線間相互干擾等。針對(duì)不同的噪聲，采用了不同的處理措施：1電源干擾：使用電感、電容構(gòu)成濾波電路，能有效濾除紋波。在每個(gè)運(yùn)放的電源引腳并聯(lián)去耦電容。2外界環(huán)境干擾，為了防止外界干擾，可以將電源線和地線加寬，并且在制P

5、CB板時(shí)加以覆銅；對(duì)自動(dòng)增益級(jí)及功率放大級(jí)增加屏蔽罩，提高其抗干擾性能。3級(jí)間干擾，各級(jí)之間，采用了上下頻電容來(lái)濾除上下頻噪聲。4走線相互干擾，走線盡量的短，信號(hào)線盡量不相交，以免產(chǎn)生高頻自激。5電路板要合理布局，防止信號(hào)之間的串?dāng)_，整個(gè)PCB板的底層為地平面，較大的地平面對(duì)噪聲吸收較好。6將輸入局部和增益控制局部裝在屏蔽盒中，防止級(jí)間干擾和高頻自激。4、增益控制系統(tǒng)采用三級(jí)AD8312放大器級(jí)聯(lián)，每級(jí)增益最大可達(dá)26dB，由STM32程控，通過(guò)鍵盤輸入總增益值，考慮高頻信號(hào)的幅度衰減問(wèn)題，在衰減器后面再加一級(jí)AD809放大器，使增益穩(wěn)定。三、電路與程序設(shè)計(jì)1、各主要模塊電路設(shè)計(jì)1寬帶放大器模

6、塊AD8321為高頻段放大器，含SPI總線接口，其帶寬235MHz，增益可調(diào)，其最大增益為26dB。為滿足題目52dB的要求，系統(tǒng)采取三級(jí)級(jí)聯(lián)的措施，理論上，Gain=26+26+26=78dB。因此，可以實(shí)現(xiàn)題目中對(duì)增益的要求。由于阻抗已經(jīng)匹配，無(wú)需再加電阻網(wǎng)絡(luò)，可以直連。為了減少電路走線間干擾，采用貼片式電路，電路原理圖如圖二所示：圖二PCB板如圖三所示：圖三衰減器模塊為了調(diào)整適宜的增益放大倍數(shù)，采用HMC472六位數(shù)控衰減器，從其4腳輸入信號(hào)，15腳可獲得衰減后的輸出信號(hào)，可以程控獲得0.5dB 、1dB、2dB、4dB、8dB、16dB、31.5dB的增益衰減。該器件具有成本低，電路簡(jiǎn)

7、單的優(yōu)點(diǎn)。電路連接如圖四所示：圖四3濾波器模塊由于要求-3dB的通頻帶不窄于40MHZ200MHZ，同時(shí)為了使通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶那么逐漸下降為零，故設(shè)計(jì)16階巴特沃斯帶通濾波器。由于是高頻信號(hào)，為了防止走線間相互干擾，我們采用畫貼片式PCB板的方法。濾波器的原理圖如圖五所示：圖五PCB板如圖六所示：圖六4直流穩(wěn)壓電源由于系統(tǒng)由12V單電源供電，放大器需9V供電，衰減器和STM32需5V供電，但是只有12V轉(zhuǎn)5V和12V轉(zhuǎn)12V的隔值DCDC轉(zhuǎn)換器，所以采用LM7809將12V電源轉(zhuǎn)化為9V，電路如圖七所示：圖七軟件設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，軟件局部主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)

8、置、顯示和控制增益輸出以及語(yǔ)音播報(bào)功能鍵盤實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)置四個(gè)方向鍵和一個(gè)確認(rèn)鍵，通過(guò)方向鍵輸入增益值。顯示局部：采用OLCD液晶屏，顯示增益值。語(yǔ)音局部：采用PM66語(yǔ)音芯片，播放作品信息及放大增益倍數(shù)。軟件流程圖如圖八所示：功能執(zhí)行開場(chǎng)初始化顯示及硬件電路等待按鍵按鍵識(shí)別一級(jí)放大器增益二級(jí)放大器增益三級(jí)放大器增益衰減器增益 確認(rèn)NYv圖八測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試儀器高頻信號(hào)發(fā)生器DG4062示波器MDO41043數(shù)字電壓表FLUKEE數(shù)控式線性直流穩(wěn)壓電源LPS305 2、測(cè)試方案增益測(cè)試從信號(hào)源輸出一個(gè)有效值為5mV的正弦信號(hào)，改變信號(hào)頻率，用示波器測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)的電壓有效值，計(jì)算放大倍數(shù)

9、及增益。帶寬測(cè)試在最高增益狀態(tài)下，從信號(hào)源輸出一個(gè)有效值為5mV的正弦信號(hào)，改變信號(hào)頻率，用示波器測(cè)試輸出信號(hào)幅度的變化，觀測(cè)幅度降至最大值的0.707倍時(shí)的信號(hào)頻率，記錄上限及下限頻率，計(jì)算帶寬值。 3、測(cè)試結(jié)果輸入有效值為5mV，增益為52dB時(shí)，測(cè)試輸出以及增益表如表一所示表一頻率/MHz輸出電壓/V增益/dB60708090100110120130140150160 4、測(cè)試誤差分析由測(cè)試結(jié)果可知，隨著頻率增高，測(cè)試誤差變大，原因是高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中，信號(hào)幅度會(huì)隨著頻率的增加而衰減，所以增益值有一定影響，而且電源，連接線之間也有一定噪聲干擾。結(jié)論本系統(tǒng)是基于AD8321的增益可控射頻放大器，可實(shí)現(xiàn)60dB最大電壓增益，4dB步進(jìn)調(diào)整，輸入電壓為5mV，輸出電壓2V，增益絕對(duì)誤差不大于2dB，并能顯示設(shè)定的增益值，波形無(wú)明顯失真，到達(dá)題目的發(fā)揮要求。該裝置的信號(hào)放大通過(guò)3片AD8321級(jí)聯(lián)+HMC472衰減器+放大器AD809的形式完成，能通過(guò)STM32有效程控輸入增益，并且能明顯抑制頻帶內(nèi)增益起伏，降低高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中，幅度隨著頻率升高而衰減的現(xiàn)象。系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，經(jīng)濟(jì)美觀。歡迎您的光臨，Word文檔下載后可修改編輯.雙擊可刪除頁(yè)眉頁(yè)腳.謝謝！希望您提出您珍貴的意見(jiàn)，你的意見(jiàn)是我進(jìn)步的動(dòng)力。贈(zèng)語(yǔ)； 1、如果我們做與不做都會(huì)有人笑，如果做不好與做得好還會(huì)有人笑，那么我