一種低噪聲高增益零中頻放大器的設計與實現

最后一級主要是提高驅動能力并進一步提高增益，需要選用輸出電流能力大的運算放大器。選用LMH6643，該芯片集成了兩個運放，可分別為前面的差分信號提供服務，可用±5 V供電，線性輸出電流達±75 mA，壓擺率為130V/μs.圖4給出了反相信號的放大電路原理圖，正相信號與反相信號的工作原理一致，采用的也是多路反饋結構，放大倍數為7倍，R19=2 kΩ，這個電阻特別重要，不合適的值會引起信號的失真。

2設計結果

原理圖設計完成后就開始PCB的制作，使用Cadence公司的OrCAD軟件畫PCB板。由于零中頻放大器前級通常是高頻電路，為防止高頻信號泄漏對其產生干擾，同時也為了安裝方便，將零中頻放大器電路板裝配在金屬盒中，設計的電路板為單面板，底層全為地。設汁的電路板尺寸為45 mm×25 mm.圖5和圖6為設計的PCB與實物圖。


圖5 實際PCB圖

圖6 裝配好的實物圖

3測試結果

對設計好的零中頻放大器電路板進行焊接和裝配，采用±8 V供電，經過7905和7805兩款穩壓芯片后得到-5 V和+5 V，為設計中用到的運算放大器芯片OPA1612，ADA4941-1，LMH6643進行供電。


圖7 測試結果

圖7（a）為輸入信號峰峰值為2 mV，頻率為50 kHz時的波形，其輸出峰峰值為5.6 V，可得到該放大器的增益為68.9 dB；圖7（b）給出了50 kHz時的頻譜特性，其中在61 kHz處的頻譜是由信號源本身自帶的，與設計的系統無關；圖7（c）顯示了整個系統的濾波特性，其3 dB帶寬約為150 kHz，由于設計中采用了巴特沃斯濾波器結構，在150 kHz內的頻率響應曲線比較平滑，觀察頻譜幅度可以發現信號比噪聲幅度至少大40 dB，抑制噪聲效果良好；圖7（d）顯示了用ADA4941-1芯片來實現單端轉差分的測試結果，可以看出，在4倍放大的情況下相位偏差與幅度偏差均非常小；圖7（e）為測試信號不失真情況下最大可輸出電壓峰峰值為9.8V.從以上測試結果可以看出，設計效果良好，實現了低噪聲、高增益的目標。

4結論

文中主要闡述了一種低噪聲零中頻放大器的設計原理與實現，重點介紹了設計依據、芯片選擇及其工作原理，并簡單介紹了設計中該注意的問題。該系統目前已通過最終的測試，測試結果良好，實現了低噪聲、高增益的設計目標。