5V單電源供電的低噪聲寬帶放大器

采用單電源對集成運算放大器供電的常用方法是，把集成運算放大器兩輸入端電位抬高(且通常抬高至電源電壓的一半，即VCC／2)，抬高后的這個電位就相當于雙電源供電時的“地”電位，因此在靜態工作時，輸出端的電位也將等于兩輸入端的靜態電位，即VCC／2。圖2(a)為反相接法，其中滑動變阻器和R1和R3為運放提供VCC／2的直流偏置電壓，電容C1和C2為交流地，電阻R2和R3提供交流增益G=R2／R1。圖2(b)為同相接法，其中C1和C2為隔直電容，VCC配合電阻R1、R2和電位器分壓為電路提供直流電壓偏置。C為交流地，R1和R2提供交流增益G=R2／R1+1。
2．4 雙值數值峰值檢波的實現及理論分析
待測信號頻率范圍為10 Hz～15 MHz，由采樣定律，采樣頻率要大于兩倍的最高頻率，那樣采樣頻率要達到30 MHz以上，但MSP430單片機無法做到這么高的采樣頻率。考慮到峰值檢波不同于測頻，只需要采到周期信號中的峰值即可，因此可以用欠采樣的方法，即使用較低的采樣率去采樣高頻信號，只要保證采到足夠多不同幅度的點，就可保證得到逼近峰值的電壓。但是當待測信號頻率為采樣頻率整數倍時，只能采到周期信號中的固定幅度，即單頻率采樣時有采樣盲區。所以采取用兩個相隔很小的頻率來采樣，當其中一個頻率采到盲區時，另一個可以正常采樣，這樣可以消除盲區。本方案采用的兩個采樣頻率分別為f1=32．786 kHz和f2=32．768 kHz，由分析知等效采樣率f=(f1xf2)／(f1-f2)≈60 MHz，足以滿足題目要求。

3 主要功能電路設計
3．1 前級放大電路設計
采用高速運算放大器OPA820ID作為第一級放大電路。OPA820ID是一款單位增益穩定、低噪聲、電壓反饋型放大器。增益G=±2時帶寬240 MHz。雖然它不是軌對軌(RR)輸出，但比典型RR輸出運算放大器有著更低的功耗及噪聲。采用反向放大的接法，具體電路如理論分析部分圖2(a)所示，其中Rl=100Ω，R2=510Ω，R3=51Ω，電位器R量程1 kΩ。
3．2 電源模塊
由于采用單電源+5 V供電．而THS3091的供電電壓需要+15 V，因此采用TPS61087實現電壓轉換。TPS061087是一款高頻率、高效率的升壓DC—DC轉換器，其輸出電壓Vs與電阻R1、R2的關系滿足Vs=1．238×(R1／R2+1)。由于后級THS3091的供電電壓越高可使噪聲越小、精度越高，因此取饋電阻R1=240 kΩ，R2=18 kΩ，將末級放大的供電電壓提升到18 V，以滿足放大及低噪聲的需要。具體電路如圖3所示。

電源輸入輸出噪聲是關鍵問題，若噪聲過大會使整個系統的波形雜亂甚至失真。為此在輸入、輸出端加入共模扼流圈及π型網絡以減小噪聲。此外，如果電阻取值不當或電路焊接不好會使TPS61087無法穩壓，即無法帶動負載。因此在電路的焊接上很注意，嚴格按照芯片資料上的PCB圖焊接。