1 引言
數(shù)字接收機(jī)對輸入模擬信號的要求往往要比模擬接收機(jī)更嚴(yán)格，除了頻率方面有限制外，為了提高A／D 數(shù)據(jù)采集的精度，還要求輸入信號的幅度既不能過大，也不應(yīng)過小。因此為了改善數(shù)字接收機(jī)的動態(tài)范圍，較常見的解決方法是在其前級增加信號調(diào)理單元。這里給出一種采用寬帶可變增益放大器LMH6505為核心器件實現(xiàn)的具有自動增益控制功能的信號調(diào)理電路。與使用專用自動增益控制器件的設(shè)計相比，該信號調(diào)理電路更適用于中頻信號處理。
2 自動增益控制原理
自動增益控制AGC(Auto Gain Control)，即在信號幅度變化較大的情況下，通過調(diào)整電路放大系數(shù)來保持輸出信號幅度恒定或基本不變。圖1為自動增益控制的一種實現(xiàn)方法。
輸出信號Sout反饋至比較器，與期望輸出相比較，其誤差e被送至檢波器。若Sout與期望輸出相等，則檢波器輸出值Sf不變；若Sout小于期望輸出，則檢波器輸出作相應(yīng)變化，通過反饋控制使可變增益放大器的增益增大，從而增大Sout的幅度，反之亦然。放大器可將Sf的范圍調(diào)整至可變增益放大器反饋端口要求的電壓范同內(nèi)，可放大，也可分壓。其中檢波后的輸出信號Sf經(jīng)低通濾波后再放大，從而濾除增益控制信號中無需的高頻分量。
3 信號調(diào)理電路設(shè)計
該信號調(diào)理電路作為AD6645數(shù)據(jù)采集器件的前級，要求輸入信號幅度為0～5 V，輸出信號帶寬為30 MHz，幅度在1 V以內(nèi)并盡量接近1 V，－3 dB增益范同大于40 dB。根據(jù)以上要求，輸入信號首先經(jīng)交流耦合送至AGC模塊的輸入端，將幅度調(diào)整至0．9 V左右，再經(jīng)射極跟隨器隔離，送至截止頻率為30 MHz的四階巴特沃思低通濾波器，最后輸出至AD6645，該電路的所有運(yùn)放均采用±5 V的供電電壓。
3．1 可變增益放大器LMH6505
可變增益放大器LMH6505是一款高動態(tài)范圍的低功耗寬帶高速放大器，該器件增益可調(diào)整范圍為80 dB，低增益時的－3 dB帶寬為150 MHz，壓擺率為1 500 V/μs，在無負(fù)載的條件下輸出電流典型值僅為11 mA，能夠適應(yīng)一般中頻信號接收機(jī)對自動增益控制電路的要求。圖2為LMH6505的引腳配置。
3．2 AGC電路設(shè)計
圖3為AGC模塊的電路圖。中頻輸入信號Vin首先送至LMH6505的輸入端，經(jīng)放大后的信號Vout從輸出端輸出；同時Vout經(jīng)肖特基二極管VDI 整流后送至積分檢波器的輸入負(fù)端-IN，積分器正端+IN接參考電平Vref因為積分器的實際輸入為兩輸入端的電壓差，故調(diào)整Vref令其等于期望輸出信號幅度減去二極管VDI上的壓降，即可完成上述比較功能。這里積分器中運(yùn)算放大器選用超寬帶運(yùn)放LMH6609，以滿足對反饋電路頻率特性的要求；適當(dāng)調(diào)整積分電路C1與R3的值，令其時間常數(shù)滿足輸出信號的頻率要求，積分器輸出的電壓便會趨向于一穩(wěn)定值，再繹R1與R2分壓調(diào)整，直接送至LMH6505 的電壓控制端，從而完成閉環(huán)反饋。
LMH6505的應(yīng)用電路中，輸入信號Vin的最大幅度與Rg成正比，是Rg的±7．4倍，Rf 用來調(diào)整LMH6505的增益范圍，最大增益為Rf/Rg的0．94倍。由此看出，涮整實際增益范圍受Rf與Rg的共同約束。當(dāng)輸入大信號時，Rg值需也較大，若此時需要最大增益較大，則又使Rf更大。經(jīng)實際測量，Rf值大于50 kΩ會導(dǎo)致LMH6505的反饋電流過小，使整體增益系數(shù)急劇下降，并增大輸出的直流偏置，故當(dāng)要求較寬的動態(tài)范圍時，LMH6505更適用于僅包括輸入弱信號放大或輸入大信號衰減的系統(tǒng)。
3．3 低通濾波器電路設(shè)計
由于截止頻率較高，并考慮到設(shè)計成本與器件體積問題，該設(shè)計選用雙通道寬帶運(yùn)放 LMH6715構(gòu)建四階巴特沃思有源低通濾波器，如圖4所示。圖4中LMH6715_A與LMH6715_B實際集成在一起。由于信號在前級已經(jīng)過自動增益控制處理。故該濾波器通帶增益為1，經(jīng)驗證該濾波器通帶波紋為50 dB，-3 dB截止頻率為29．8 MHz，阻帶衰減為40 dB，滿足設(shè)計需求。
4 仿真結(jié)果分析
該電路經(jīng)過PSPICE仿真，在輸入頻率為10 MHz，幅度為0．1 V的正弦波時，輸入／輸出波形如圖5所示；在輸入頻率為30 MHz，幅度為4 V的正弦波時，輸入／輸出波形如圖6所示。可以看出，輸出信號的幅度基本穩(wěn)定在0．9 V，中頻下閉環(huán)增益可調(diào)范圍大于30 dB，由于后級連接隔直電容，輸出的暫態(tài)時間約為400 ns，實際增益調(diào)整暫態(tài)時間約70 ns。在信號帶寬10 MHz情況下閉環(huán)增益可調(diào)范圍大于40 dB，電路增益帶寬積為500 dBMHz，二次諧波比大于40 dB。
5 結(jié)束語
該信號調(diào)理電路經(jīng)實際信號采集系統(tǒng)驗證，能夠?qū)⒅蓄l信號輸入幅度調(diào)整至期望值，與仿真結(jié)果相符，擴(kuò)大了A／D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍，提高了A／D采樣精度。因此，該電路具有良好的穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)常見的中頻信號采集。