采用可變增益放大器實(shí)現(xiàn)寬帶信號的恒定輸出

　　摘要：在對石英晶片的電性能參數(shù)進(jìn)行測試時，需要對被測晶片施加一個高頻掃描激勵信號。通常該激勵信號可以通過一個直接數(shù)字頻率合成器(DDS)來實(shí)現(xiàn)。若采用固定信號放大器放大輸出，則其低頻信號幅度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻信號幅度，而對被測晶片的激勵信號應(yīng)保持在600mV左右，顯然無法通過固定增益放大器達(dá)到這一性能指標(biāo)。由于信號的放大增益，要依據(jù)該信號的頻率變化而改變，因此設(shè)計(jì)采用可變增益放大器來實(shí)現(xiàn)。

　　本設(shè)計(jì)采用了一片程控可變增益放大器AD8370實(shí)現(xiàn)對信號的放大，電路如圖1所示。其信號增益范圍有兩個，分別是低增益范圍：-11dB到+17dB和高增益范圍：6dB到34dB，可通過增益控制字來選擇。由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前輸出信號的頻率，向可變增益放大器發(fā)送增益控制碼，控制信號的輸出幅度。　　

 

　　由于AD9852的輸出信號是直接通過其內(nèi)部的余弦DAC進(jìn)行輸出的，其輸出信號的幅度較小且高頻噪聲較大，因此需要通過一個120MHz的三級橢圓低通濾波器將高頻噪聲濾除后輸出給AD8370。在電路中，將AD8370的輸入設(shè)計(jì)成差分輸入方式，以更好地消除偶次諧波，并增大共模抑制比。輸入端的1μF電容用以隔離信號中的直流成分，同時該電容與AD8370的輸入等效電阻到地，形成一個高通濾波器，可有效濾除低頻噪聲。AD8370的增益控制碼可根據(jù)公式計(jì)算得出，其中：Av是所要的電壓增益，GainCode為控制碼，取8位二進(jìn)制代碼中的低7位，第8位即MSB為1時表示采用高增益范圍。當(dāng)信號頻率為2MHz時需要將增益控制碼設(shè)置為10001101即12.6dB，當(dāng)信號頻率為100MHz時，增益控制碼則調(diào)整為11001100即29dB。該增益控制碼可由ARM單片機(jī)LM3S3749根據(jù)DDS的輸出信號的相關(guān)幅度，通過公式計(jì)算出來后通過PE2口，寫入AD8370的DATA端。 

　　為了提高輸出信號的共模抑制比，減小偶次諧波畸變，將AD8370的信號輸出端設(shè)計(jì)為差分輸出方式。由于作為信號源只能在石英晶片的一端施加信號激勵，因此在差分信號輸出端設(shè)計(jì)了一個寬帶集成運(yùn)算放大器，可將雙端差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號輸出。由于AD8370的信號輸出增益受到外接負(fù)載電阻的影響與理論計(jì)算值產(chǎn)生一定的偏差，該偏差可按照公式：計(jì)算得出。在本電路中，AD8370的輸出負(fù)載近似等于100Ω，代入該公式計(jì)算得出增益偏差為1，因此無需對增益控制碼進(jìn)行調(diào)整。