5V單電源供電的低噪聲寬帶放大器

采用單電源對(duì)集成運(yùn)算放大器供電的常用方法是，把集成運(yùn)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(gè)電位就相當(dāng)于雙電源供電時(shí)的“地”電位，因此在靜態(tài)工作時(shí)，輸出端的電位也將等于兩輸入端的靜態(tài)電位，即VCC／2。圖2(a)為反相接法，其中滑動(dòng)變阻器和R1和R3為運(yùn)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(shù)值峰值檢波的實(shí)現(xiàn)及理論分析
待測信號(hào)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(dá)到30 MHz以上，但MSP430單片機(jī)無法做到這么高的采樣頻率?？紤]到峰值檢波不同于測頻，只需要采到周期信號(hào)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(hào)，只要保證采到足夠多不同幅度的點(diǎn)，就可保證得到逼近峰值的電壓。但是當(dāng)待測信號(hào)頻率為采樣頻率整數(shù)倍時(shí)，只能采到周期信號(hào)中的固定幅度，即單頻率采樣時(shí)有采樣盲區(qū)。所以采取用兩個(gè)相隔很小的頻率來采樣，當(dāng)其中一個(gè)頻率采到盲區(qū)時(shí)，另一個(gè)可以正常采樣，這樣可以消除盲區(qū)。本方案采用的兩個(gè)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(shè)計(jì)
3．1 前級(jí)放大電路設(shè)計(jì)
采用高速運(yùn)算放大器OPA820ID作為第一級(jí)放大電路。OPA820ID是一款單位增益穩(wěn)定、低噪聲、電壓反饋型放大器。增益G=±2時(shí)帶寬240 MHz。雖然它不是軌對(duì)軌(RR)輸出，但比典型RR輸出運(yùn)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(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。TPS061087是一款高頻率、高效率的升壓DC—DC轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓Vs與電阻R1、R2的關(guān)系滿足Vs=1．238×(R1／R2+1)。由于后級(jí)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(jí)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(guān)鍵問題，若噪聲過大會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)以減小噪聲。此外，如果電阻取值不當(dāng)或電路焊接不好會(huì)使TPS61087無法穩(wěn)壓，即無法帶動(dòng)負(fù)載。因此在電路的焊接上很注意，嚴(yán)格按照芯片資料上的PCB圖焊接。