基于ATmegal28的可預(yù)置程控寬帶直流功率放大電路設(shè)計(jì)
本文采用AVR單片機(jī)ATmegal28作為核心控制器,結(jié)合10位串行D/A芯片TLC5615、功率運(yùn)放THS3092、可編程增益運(yùn)放AD603以及其他相關(guān)電路,構(gòu)成了可預(yù)置程控寬帶直流功率放大電路。該電路系統(tǒng)增益調(diào)節(jié)范圍為O~60 dB,步進(jìn)間距為1 dB,頻帶為DC~10 MHz,輸出電壓有效值為10 V,矩陣鍵盤預(yù)置增益值步進(jìn),點(diǎn)陣液晶顯示實(shí)時(shí)電壓有效值,人機(jī)界面友好,操作簡單方便。
1 系統(tǒng)總體方案
若采用可編程放大的思想,將輸入的信號作為高速D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓,那么D/A轉(zhuǎn)換器作為一個程控衰減器,對速度的要求很高。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)O~60 dB增益可調(diào),勢必需要D/A轉(zhuǎn)換器輸出衰減最少60 dB以上。假設(shè)信號源有效值低于20 mV,衰減后為20 μV,如此小的信號有可能完全被噪聲淹沒,或大大增加信號調(diào)理的難度。
也可采用2片AD603壓控增益寬帶放大器,每片實(shí)現(xiàn)-10~30 dB增益。通過測試發(fā)現(xiàn),AD603輸出含有與增益無關(guān)的直流電壓,由于項(xiàng)目要求頻率可延伸至直流,即級與級之間不能加電容耦合隔離直流,則前級AD603輸出的直流偏置會嚴(yán)重影響后級放大。本文采用1片AD603,后級采用多通道繼電器切換增益的方式。AD603單片實(shí)現(xiàn)10~30 dB放大,后級跟隨不同固定增益的放大電路來實(shí)現(xiàn)分段連續(xù)放大,最后達(dá)到整體增益連續(xù)可調(diào)的目的。
本設(shè)計(jì)由小信號程控放大10 dB放大及調(diào)零、帶寬濾波、后級功率放大、單片機(jī)及人機(jī)交互等電路組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。程控放大電路采用一片電壓控制芯片AD603實(shí)現(xiàn)-10~30 dB放大。調(diào)零放大電路采用OPA690構(gòu)成10 dB同相放大器兼做靜態(tài)調(diào)零電路。寬帶濾波電路采用2路7階巴特沃斯低通濾波器分別實(shí)現(xiàn)DC~5 MHz和DC~10 MHz帶寬限制。后級根據(jù)不同情況分別采用OPA690和THS3092實(shí)現(xiàn)10 dB與18dB固定增益功率放大。ATmegal28單片機(jī)通過10位串行D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615控制AD603的放大倍數(shù),通過控制繼電器組切換不同的濾波電路來實(shí)現(xiàn)不同的帶寬限制,切換不同的放大電路通道實(shí)現(xiàn)分段連續(xù)放大,最終實(shí)現(xiàn)整體增益0~60 dB連續(xù)可調(diào),通過控制鍵盤和液晶顯示來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
程控放大電路增益為-10~30 dB,3級固定增益放大電路增益分別為10 dB、10 dB和18 dB。當(dāng)希望放大器的增益為0~35 dB時(shí),信號只通過程控放大、第1級10dB放大及調(diào)零電路、帶寬濾波電路,而后輸出到負(fù)載;當(dāng)希望放大器的增益為36~45 dB時(shí),信號還要再通過第2級10 dB放大電路,而后輸出到負(fù)載;當(dāng)希望放大器的增益為46~60 dB時(shí),信號通過程控放大、第1級10 dB及調(diào)零電路、濾波電路、第2級10 dB放大電路、第3級18 dB功率放大電路,而后輸出到負(fù)載。因此,只要實(shí)現(xiàn)第1級程控放大電路按步進(jìn)1 dB連續(xù)可調(diào),通過繼電器組的切換后,信號分別從3個固定增益級輸出后即可實(shí)現(xiàn)O~35 dB、36~45 dB、46~60 dB增益分段連續(xù)可調(diào),總增益步進(jìn)調(diào)節(jié)范圍涵蓋了O~60 dB。這樣分段設(shè)計(jì)成功解決了單片或多片壓控運(yùn)放控制范圍過寬時(shí)不易控制且容易振蕩的問題,而且降低了信號處理的難度,從而大大縮短了研發(fā)時(shí)間。
評論