采用可變增益放大器實現寬帶信號的恒定輸出

　　摘要：在對石英晶片的電性能參數進行測試時，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字頻率合成器(DDS)來實現。若采用固定信號放大器放大輸出，則其低頻信號幅度將遠遠大于高頻信號幅度，而對被測晶片的激勵信號應保持在600mV左右，顯然無法通過固定增益放大器達到這一性能指標。由于信號的放大增益，要依據該信號的頻率變化而改變，因此設計采用可變增益放大器來實現。

　　本設計采用了一片程控可變增益放大器AD8370實現對信號的放大，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。由單片機根據當前輸出信號的頻率，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部的余弦DAC進行輸出的，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的輸入設計成差分輸入方式，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公式計算得出，其中：Av是所要的電壓增益，GainCode為控制碼，取8位二進制代碼中的低7位，第8位即MSB為1時表示采用高增益范圍。當信號頻率為2MHz時需要將增益控制碼設置為10001101即12.6dB，當信號頻率為100MHz時，增益控制碼則調整為11001100即29dB。該增益控制碼可由ARM單片機LM3S3749根據DDS的輸出信號的相關幅度，通過公式計算出來后通過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的信號輸出端設計為差分輸出方式。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計了一個寬帶集成運算放大器，可將雙端差分信號轉換為單端信號輸出。由于AD8370的信號輸出增益受到外接負載電阻的影響與理論計算值產生一定的偏差，該偏差可按照公式：計算得出。在本電路中，AD8370的輸出負載近似等于100Ω，代入該公式計算得出增益偏差為1，因此無需對增益控制碼進行調整。