一種低噪聲高增益零中頻放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

最后一級主要是提高驅(qū)動能力并進(jìn)一步提高增益，需要選用輸出電流能力大的運(yùn)算放大器。選用LMH6643，該芯片集成了兩個(gè)運(yùn)放，可分別為前面的差分信號提供服務(wù)，可用±5 V供電，線性輸出電流達(dá)±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(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為7倍，R19=2 kΩ，這個(gè)電阻特別重要，不合適的值會引起信號的失真。

2設(shè)計(jì)結(jié)果

原理圖設(shè)計(jì)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(chǎn)生干擾，同時(shí)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(shè)計(jì)的電路板為單面板，底層全為地。設(shè)汁的電路板尺寸為45 mm×25 mm.圖5和圖6為設(shè)計(jì)的PCB與實(shí)物圖。


圖5 實(shí)際PCB圖

圖6 裝配好的實(shí)物圖

3測試結(jié)果

對設(shè)計(jì)好的零中頻放大器電路板進(jìn)行焊接和裝配，采用±8 V供電，經(jīng)過7905和7805兩款穩(wěn)壓芯片后得到-5 V和+5 V，為設(shè)計(jì)中用到的運(yùn)算放大器芯片OPA1612，ADA4941-1，LMH6643進(jìn)行供電。


圖7 測試結(jié)果

圖7（a）為輸入信號峰峰值為2 mV，頻率為50 kHz時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)的系統(tǒng)無關(guān)；圖7（c）顯示了整個(gè)系統(tǒng)的濾波特性，其3 dB帶寬約為150 kHz，由于設(shè)計(jì)中采用了巴特沃斯濾波器結(jié)構(gòu)，在150 kHz內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線比較平滑，觀察頻譜幅度可以發(fā)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)單端轉(zhuǎn)差分的測試結(jié)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?。粓D7（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(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)效果良好，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、高增益的目標(biāo)。

4結(jié)論

文中主要闡述了一種低噪聲零中頻放大器的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹了設(shè)計(jì)依據(jù)、芯片選擇及其工作原理，并簡單介紹了設(shè)計(jì)中該注意的問題。該系統(tǒng)目前已通過最終的測試，測試結(jié)果良好，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、高增益的設(shè)計(jì)目標(biāo)。