全国大学生电子设计竞赛论文1.docx
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全国大学生电子设计竞赛论文1
2013年全国大学生电子设计竞赛
射频宽带放大器（D题）
【本科组】
2013年9月7日
摘要：
本设计利用可变增益放大器AD8367来提高增益和控制AGC范围，软件补偿减小增益的步进间隔和提高准确度，输入电路部分加入了匹配网络，从而减小了输入电阻的大小，通过AD8361和AD820组成的反馈网络实现自动增益控制，并且在不影响性能的情况下增加了保护电路，使用了多种抗干扰措施减少噪声和抑制高频自激。
关键词：
AD8367AD8361AD820自动增益
目录
1系统方案1
1.1前级放大部分的论证与选择1
1.2后级放大电路的论证与选择1
1.3控制系统的论证与选择1
2系统理论分析与计算1
2.1带宽增益积的分析1
2.2通频带内增益的控制2
2.3放大器稳定性分析2
3电路与程序设计2
3.1电路的设计2
3.1.1系统总体框图2
3.1.2前级放大电路原理图2
3.1.3后级放大电路原理图3
3.1.4反馈网络图3
3.1.5电源4
3.2程序的设计4
3.2.1程序功能描述与设计思路4
3.2.2程序流程图4
4测试方案与测试结果4
4.1测试方案4
4.2测试条件与仪器4
4.3测试结果及分析5
4.3.1测试结果（数据）5
4.3.2测试分析与结论5
附录1：
电路原理图6
附录2：
源程序7
射频宽带放大器（D题）
【本科组】
1系统方案
本系统主要由前级放大模块、后级放大模块、反馈网络模块、控制系统模块、电源模块组成，下面论证其中几个模块的选择。
1.1前级放大电路的论证与选择
方案一：
可用三极管的放大功能对该信号进行放大，但此方案由于采用大量的分立元件，电路结构复杂，可靠性低。
方案二：
前级电路对整个电路噪声影响非常大，必须尽量减小噪声，选用低噪声高速运放OPA642放大器，其是高精度集成芯片，简单方便，OPA642增益带宽积为400MHz,但当其输入电阻大于等于100欧姆时才具有良好的增益效果。
方案三：
AD8367是一种高性能可变增益放大器，工作范围可从低频到几百兆，其增益范围、平滑性和准确性都非常理想。
同时增益分两种模式，便于控制与操作，增益上升模式（MODE管脚接高电平）和增益下降模式（MODE管脚接低电平）。
工作输出阻抗为50欧姆，满足题目要求。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2后级放大部分的论证与选择
方案一：
：
可用AD603是一款具有程控增益调节功能的集成运放，它具有低噪、可达90MHz宽带增益，且增益与控制电压成线性关系，但其工作时的输入阻抗很高，不满足要求。
方案二：
为了实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420，利用D/A转换器的VRef作信号的输入端，D/A的输出端作输出，用D/A转换器数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。
此实验简单可行且精度较高，但是经过几次实验发现：
转换非线性误差大，带宽只有几kHz，当输入信号频率较高时，系统容易发生自激，因此不选此方案。
方案三：
可用AD8367集成运算放大器控制增益，利用增益与控制电压呈线性关系，该芯片宽带增益积为100GHz固定增益放大器的增益通过外接不同反馈方式改变，同时用AD8367与第一级组成级联运放增加了增益的范围，可调性高，运用该集成芯片，可靠性高，满足题目要求。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.3控制系统的论证与选择
方案一：
用89c52单片机控制数字电路，实现程序控制自动化，但程序编写有一定的难度。
方案二：
前面联级电路采用的AD8367具有两种增益模式，当采用手动控制模式时其工作电压为0~1V，因此采用微控制器控制TLV5168DAC的输入数据，来调整输入AD8367差分电压，同时用MC1402为电路提供2.5V的基准电压，用AD8361放大器和AD820组成的反馈网络自动控制增益。
其主要通过AD8361输出一个具体的数值，然后与AD820的基准电压进行比较，使电路稳定可靠，从而起到调整整个电路作用。
综合考虑采用方案二。
2系统理论分析与计算
2.1带宽增益积的分析
带宽增益积（GBP）是简单衡量一个放大器性能的一种参数，这种参数表示增益和带宽的乘积。
按照放大器的定义，这个乘积是一个定值。
由于放大器下限频率小于等于0.3MHz
，上限频率大于等于20MHz,因此带宽增益积要大于等于20G，单个放大器是很难达到带宽增益积20G，因此该电路采用多级放大器级联。
2.2通频带内1MHz~15MHz内增益起伏控制
题目中要求通频带内1MHz~15MHz内增益小于等于1dB，AD8367具有两种增益，即增益递增和增益递减，接高电平时Gain=50*VGAIN-5,接低电平时Gain=45-50*VGAIN，因此具有在通频带内的幅频具有保持相对稳定的作用，符合题目要求。
2.3放大器稳定性
（1）放大器板上所有运放电源线及数字信号线均加磁珠和电容滤波。
磁波可滤除电流上的高频毛刺，电容滤除较低频率的干扰，它们配合在一起可以较好地滤除电路上的的串扰。
安装时尽量靠近IC电源和地。
（2）所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。
（3）在两个焊接板之间传递模拟信号时用同轴电缆，信号输入输出使用SMA-BNC接头以使传输阻抗匹配，并可减少空间的电磁波对本电路的干扰，同时避免放大器自激。
（4）数字电路部分和模拟电路部分的电源严格分开，同时数字地和模拟地分别连接。
3电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图
系统总体框图如图1所示。
3.1.2前级放大电路原理图：
3.1.3后级放大电路原理图：
3.1.4反馈网络图：
3.1.5电源
电源由开关电源为整个系统提供精确的
5V电压，确保电路的正常稳定工作。
3.2程序的设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
1、程序功能描述
根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置。
键盘实现功能：
设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。
2、程序设计思路
该程序主要实现通过键盘来实现数字电路的转换，因此需要将电路中的模拟量转换为数字量。
3.2.2程序流程图
1、主程序流程图
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
硬件测试：
应用万用表和示波器进行联合测试。
软件测试：
在proteus软件下进行高度仿真测试。
4.2测试条件与仪器
测试条件：
检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：
高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
4.3测试结果及分析
4.3.1测试结果（数据）
5V档信号测试结果好下表所示：
（单位/V）
信号值
0.2050
1.2100
2.2045
3.4026
4.007
4.542
4.669
4.999
显示
0.2051
1.200
2.2044
3.4026
4.006
4.542
4.669
4.999
4.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据，由此可以得出以下结论：
1、电压增益Av大于等于20dB,输入电压有效值小于等于20mV。
Av在0~20dB范围内可调。
2、放大器BW-3dB的下限频率小于等于0.3MHz，上限频率大于等于20MHz,并在1MHz~15MHz频带内增益起伏小于等于1dB。
3、放大器输入阻抗等于50欧姆，输出阻抗等于50欧姆。
4、最大输出正弦波电压有效值U0大于等于1V，输出信号无明显失真。
5、本设计采用的高频电子电路，很容易受外界因素的干扰，如周围环境，以及相邻的电路之间的电磁干扰。
因此最好的方法就是制作PCB板，减少电路之间的相互干扰，提高准确性，但是由于时间紧迫未能在规定时间内制板，因此这方面有待改善。
综上所述，本设计达到基本的设计要求。
附录1：
电路原理图
附录2：
源程序
#include"REG52.H"
#include"INTRINS.H"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitTLV5618_DATA=P2^0;
sbitTLV5618_CLK=P2^1;
sbitTLV5618_CS=P2^2;
voidTLV5618_WriteData（unsignedintdat）;
/**************************************
函数功能：
向TLV5618送入数据，同时选择A或者B输出，高速模式
入口参数：
DAC_A：
A通道12位数据，DAC_B：
B通道12位数据
DAC_MODE：
选择通道，0更新缓冲器与B锁存器，1把数据写入缓冲器
2把数据写入A锁存器，并用缓冲器内数据更新B锁存器，3保留
**************************************/
voidTLV5618_Out（unsignedintDAC_A,unsignedintDAC_B,unsignedcharDAC_MODE）
{
switch（DAC_MODE）
{
case0:
TLV5618_WriteData（0x0000|DAC_B）;break;//更新缓冲器与B锁存器，选择B通道输出
case1:
TLV5618_WriteData（0x1000|DAC_B）;break;//将数据写入缓冲器
case2:
TLV5618_WriteData（0x8000|DAC_A）;break;//更新A锁存器，缓冲器更新B锁存器，选择AB通道同时输出
case3:
break;
default:
break;
}
}
/************************************
函数功能：
向TLV5618写数据（控制字、数据共16位）
入口参数：
dat=要写入的16位数据
************************************/
voidTLV5618_WriteData（unsignedintdat）
{
unsignedchari;
TLV5618_CS=1;//拉高片选端
//_nop_（）;//延时
TLV5618_CS=0;//给片选信号下降沿
//_nop_（）;//片选建立延时
TLV5618_CLK=1;//拉高时钟线
//_nop_（）;
for（i=0;i<16;i++）
{
if（dat&0x8000）//由最高位开始传输，判断是否为1
TLV5618_DATA=1;//是，数据端口送出1
else
TLV5618_DATA=0;//否，数据端口送出0
//_nop_（）;
TLV5618_CLK=0;//在时钟下降沿发送数据
//_nop_（）;//数据保持延时
TLV5618_CLK=1;
//_nop_（）;
dat<<=1;//从最高位开始传送数据，每次左移一位
}
TLV5618_CLK=1;//不用时拉高时钟线
TLV5618_CS=1;//上升沿关片
}
voidmain（）
{
TLV5618_Out（0,4000,0）;
TLV5618_Out（4000,0,2）
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