可編程放大器

1、摘要：本設(shè)計(jì)利用可變?cè)鲆鎸拵Х糯笃鰽D603構(gòu)成兩級(jí)放大電路。整個(gè)系統(tǒng)通頻帶為010MHz，最小增益0dB，最大增益60dB。本系統(tǒng)的核心控制功能由C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字：AD603 可編程 放大器 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)主要由控制放大、峰值檢波、LCD顯示等輔助部分3大模塊組成。其中可變?cè)鲆娣糯笃饕訟D603為核心。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)增益粗調(diào)，并通過DA轉(zhuǎn)換控制AD603實(shí)現(xiàn)增益細(xì)調(diào)，從而使總增益在060dB的寬頻帶范圍內(nèi)線性變化。由二極管峰值檢波電路測(cè)量峰值，并通過AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。通過鍵盤手動(dòng)預(yù)置增益值，LCD實(shí)時(shí)顯示預(yù)置增益值并輸出有效值。系統(tǒng)框圖如圖1-1：圖1-1模塊一

2、：控制放大該模塊以AD603為核心，下面說明AD603的特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理：（1）AD603的特點(diǎn) AD603是美國AD公司繼AD600后推出的寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益精度的壓控VGA芯片?？捎糜赗F/IF系統(tǒng)中的AGC電路、視頻增益控制、A/D范圍擴(kuò)展和信號(hào)測(cè)量等系統(tǒng)中。（2）AD603引腳排列、功能及極限參數(shù)AD603的引腳排列如圖1所示，表1所列為其引腳功能。AD603的極限參數(shù)如表1所示： 電源電壓Vs：±7.5V； 輸入信號(hào)幅度VINP：+2V；增益控制端電壓GNEG和GPOS：±Vs；功耗：400mW；工作溫度范圍； AD603A：-4085； AD

3、603S：-55+125；存儲(chǔ)溫度：-65150（3）AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理 AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。AD603利用了X-AMP由一個(gè)0-42.14dB的可變衰減器及一個(gè)固定增益放大器構(gòu)成。其中，可變衰減器由一個(gè)七級(jí)R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每級(jí)的衰減量為6.02dB，可對(duì)輸入信號(hào)提供0-42.14dB的衰減。X-AMP結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)越的噪聲特性，在1MHz寬帶，最大不失真輸出為1Vrms時(shí)，輸出x信噪比為86.6dB。AD603的簡化原理框圖如圖2所示，它由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端（VINP）的信號(hào)經(jīng)衰減后，由固定增益放大器

4、輸出，衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無關(guān)，而僅與其差值VG有關(guān)，由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達(dá)50M，因而輸入電流很小，致使片內(nèi)控制電路對(duì)提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特點(diǎn)很適合構(gòu)成程控增益放大器。當(dāng)VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時(shí)，其放大器的增益范圍也不一樣。 設(shè)計(jì)AD603的增益，可設(shè)置為三種形式。模式一：將VOUT與FDBK短路，即為寬頻帶模式（90MHz寬頻帶），AD603的增益設(shè)置為-11.07dB+31.07dB.模式二：VOUT與FDBK之間外接一個(gè)電阻REXT，F(xiàn)DBK與COMN端之間接一個(gè)5.6uF的電容頻率補(bǔ)償。根

5、據(jù)放大器的增益關(guān)系式，選取合適的REXT，可獲得所需要的模式一與模式三之間的增益值。當(dāng)REXT=2.15千歐時(shí)，增益范圍為-1+41dB。模式三：VOUT與FDBK之間開路，F(xiàn)DBK對(duì)COMN連接一個(gè)18uF的電容用于擴(kuò)展頻率響應(yīng)，該模式為高增益模式，其增益范圍為+8.92+51.07dB，帶寬為9MHz.在以上三種模式中，增益G（dB）與控制電壓VG的關(guān)系曲線如圖2所示。當(dāng)VG在-500mV+500mV范圍內(nèi)以40dB/V（既25mV/dB）進(jìn)行線性增益控制，增益G(dB與控制電壓VG之間的關(guān)系為：GdB）=40VG+Goi（i=1,2,3），其中VG=VGPOS-VGNEG（單位為伏特），

6、Goi分別為三種不同模式的增益常量：GO1=10dB，GO2=1030dB（由REXT決定，當(dāng)REXT=2.15千歐時(shí)，GO2=20dB），GO3=30dB。當(dāng)VG<-500mV或VG>+500mV時(shí)，增益（dB）與控制電壓VG之間不滿足線性關(guān)系,當(dāng)VG=-526mV時(shí)，Gmin(dB=GF-42.14；VG=+526mV時(shí)，Gmax（dB）=GF。AD603注意事項(xiàng)在AD603的應(yīng)用中要注意以下幾點(diǎn)：（1）供電電壓一般應(yīng)選為±5V，最大不得超過±7.5V。（2）在±5V供電情況下，加在輸入端VINP的額定電壓有效值應(yīng)為1V，峰值為±1.4V

7、，最大不得超過±2V。如要擴(kuò)大測(cè)量范圍，應(yīng)在AD603的前面加一級(jí)衰減。這樣可使輸出電壓峰值的典型值達(dá)到±3.0V。因此AD603后面通常要加一級(jí)放大才能接A/D轉(zhuǎn)換器。（3）電壓控制端所加的電壓必須非常穩(wěn)定，否則將造成增益的不穩(wěn)定，從而增加放大信號(hào)的噪聲。（4）信號(hào)必須直接連在放大器的腳4，否則將由于阻抗較大而引起放大器精度的降低。模塊二：峰值檢波峰值檢波電路由二極管電路和電壓跟隨器組成。其工作原理：當(dāng)輸入電壓正半周通過時(shí)，檢波管 VU2導(dǎo)通，對(duì)電容C1、C2充電，直到到達(dá)峰值。三極管的基極由FPGA控制，產(chǎn)生1Os的高電平使電容放電，以減少前一頻率測(cè)量對(duì)后一頻率測(cè)量的影

8、響，提高幅值測(cè)量精度。其中Vu1為常導(dǎo)通，以補(bǔ)償VU2上造成的壓降。適當(dāng)選擇電容值，使得電容放電速度大于充電速度，這樣電容兩端的電壓可保持在最大電壓處，從而實(shí)現(xiàn)峰值檢波。該電路能夠檢測(cè)寬范圍信號(hào)頻率，較低的被測(cè)信號(hào)頻率，檢波紋波較大，但通過增加小電容和大電容并聯(lián)構(gòu)成的電容池可濾除紋波。而后級(jí)隔離，則增加由OPA277構(gòu)成的射極跟隨器，如圖所示。模塊三：輔助部分1. LCD顯示LCD：英文全稱為Liquid Crystal Display，即為液態(tài)晶體顯示，也就是我們常說的液晶顯示。1602則是表示這個(gè)液晶一共能顯示2行數(shù)據(jù)，每一行顯示16個(gè)字符。LCD引腳定義：1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其

9、中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：VL，液晶顯示偏壓信號(hào)，用于調(diào)整LCD1602的顯示對(duì)比度，一般會(huì)外接電位器用以調(diào)整偏壓信號(hào)，注意此腳電壓為0時(shí)可以得到最強(qiáng)的對(duì)比度。 第4腳：RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，當(dāng)此腳為高電平時(shí)，可以對(duì)1602進(jìn)行數(shù)據(jù)字節(jié)的傳輸操作，而為電平時(shí)，則是進(jìn)行命令字節(jié)的傳輸操作。命令字節(jié)，即是用來對(duì)LCD1602的一些工作方式作設(shè)置的字節(jié)；數(shù)據(jù)字節(jié)，即使用以在1602上顯示的字節(jié)。LCD1602的數(shù)據(jù)是8位的。 第5腳：R/W，讀寫選擇端。當(dāng)此腳為高電平可對(duì)LCD1602進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作，反之進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作。第6腳：E，使能信號(hào)，其實(shí)是LCD1602

10、的數(shù)據(jù)控制時(shí)鐘信號(hào)，利用該信號(hào)的上升沿實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD1602的數(shù)據(jù)傳輸。第714腳：8位并行數(shù)據(jù)口，使得對(duì)LCD1602的數(shù)據(jù)讀寫大為方便。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極?；静僮鲿r(shí)序：1. 讀狀態(tài)： 輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：D0D7=狀態(tài)字2. 寫指令：輸入：RS=L，RW=H，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出：無3. 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H輸出：D0D7=數(shù)據(jù)4. 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無 寫指令字，設(shè)置LCD1602的工作方式時(shí)：需要把RS置為低電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)

11、口D0D7，最后E引腳一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。寫入數(shù)據(jù)字，在1602上實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0D7，最后E引腳一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。與單片機(jī)的連接方法：1、 LCD1602對(duì)寫進(jìn)去的數(shù)據(jù)字節(jié)是以ASCII碼識(shí)別的，所以寫進(jìn)去用以顯示的字符數(shù)據(jù)必須是某一個(gè)ADCII碼，當(dāng)然也可以用字符來代替，即用單引號(hào)包含的字符常量。所以，也由此推出，0和30H（0的ASCII碼）是等價(jià)的。2、 操作1602，要先對(duì)1602進(jìn)行初始化，數(shù)據(jù)手冊(cè)里寫的比較清楚，并且對(duì)各個(gè)命令字的寫入并沒有先后要求。3、 1602是有自定義字符的功能的。4、 在每次寫完數(shù)據(jù)之后，應(yīng)該

12、要將E引腳置為低電平，為下一次E的高脈沖做準(zhǔn)備，這叫釋放時(shí)鐘線，對(duì)配合時(shí)序大有裨益。 5、 可以將所要顯示的字符一次定義在一個(gè)字符數(shù)組里，以調(diào)用字符數(shù)組的形式調(diào)用顯示數(shù)據(jù)，這樣程序會(huì)變得簡潔而高效。6、 記住時(shí)序的要求，往往是對(duì)最小時(shí)間有要求，在你嚴(yán)格配合時(shí)序的情況下仍然的不到理想的結(jié)果時(shí)，可以嘗試插入延時(shí)。這個(gè)并不違反時(shí)序的要求。2.ADS1100模塊 ADS1100是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器帶有差分輸入和高達(dá)16位的分辨率封裝為小型SOT23-6轉(zhuǎn)換按比例進(jìn)行以電源作為基準(zhǔn)電壓ADS1100使用可兼容的I2C串行接口在2.7V至5.5V的單電源下工作 ADS1100可每秒采樣81

13、632或128次以進(jìn)行轉(zhuǎn)換片內(nèi)可編程的增益放大器PGA提供高達(dá)8倍的增益允許對(duì)更小的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并且具有高分辨率在單周期轉(zhuǎn)換方式中ADS1100在一次轉(zhuǎn)換之后自動(dòng)掉電在空閑期間極大地減少了電流消耗 。ADS1100為需要高分辨率測(cè)量的應(yīng)用而設(shè)計(jì)在這種應(yīng)用中空間和電源消耗是首要考慮的問題典型應(yīng)用包括便攜式儀器工業(yè)過程控制和小型發(fā)送器。ADS1100的特點(diǎn)：完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和小型SOT23-6封裝，16位無漏失碼 ，INL滿標(biāo)度是量程的0.0125%最大值 ，連續(xù)的自校準(zhǔn) ，單周期轉(zhuǎn)換 ， 可編程增益放大器 ，增益=124或8 低噪聲4Vp-p， 可編程的數(shù)據(jù)速率8SPS至128SPS 內(nèi)部系統(tǒng)

14、時(shí)鐘 I2CTM接口電源電壓2.7V至5.5V ，低電流消耗90A 具有8個(gè)不同地址 。 ADS1100引腳排列3. 8位 D/A轉(zhuǎn)換芯片0832模塊0832芯片采用CMOS工藝，電流輸出型D/A，8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間約1us。 1）主要性能     輸入的數(shù)字量為8位；     采用CMOS工藝，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；     數(shù)字了輸入可以采用雙緩沖，單緩沖或直通方式；     轉(zhuǎn)換時(shí)間：1us；     精度：±1LSB； &

15、#160;   分辨率：8位；     單一電源，5V15V，功耗20mW；     參考電壓：+10V-10V。 下圖是其內(nèi)部電路及管腳圖工作方式 ：DAC0832有雙緩沖、單緩沖和直通三種方式。 雙緩沖工作方式：進(jìn)行兩級(jí)緩沖； 單緩沖工作方式：只進(jìn)行一級(jí)緩沖； 直通工作方式：不進(jìn)行緩沖。適用于比較簡單的場(chǎng)合。 4.MAX 232MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電 路,使用+5v單電源供電。下圖是其管腳圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩