程控增益射频宽带放大器
摘要：为实现射频信号的放大和程控增益调节功能，采用压控增益宽带放大器AD8367为核心放大器件，通过MSP430F5529单片机控制高精度数/模转换器TLV5638实现增益步进调节。前置放大级采用低噪声宽带放大器OPA847，功率输出级采用高速电流反馈宽带放大器THS3201，实现10MHz~110MHz宽带、增益调节范围为12~52dB、步进1dB 的射频宽带放大器。
关键字：射频宽带放大器；压控增益；AD8367；MSP430F5529
1设计方案论证
1.1固定带宽增益方案
方案一：采用高频三极管如9018等分立元件搭建宽带放大器，本方案带宽足够快，增益高，成本低，但是电路设计复杂，稳定性差，容易发生自激，且三极管存在交越失真等现象，输出精度不高，不满足题目对放大器稳定性和精度的要求。
方案二：采用单片集成低噪宽带放大器，如3.9GHz 超高带宽、低失真、电压反馈型运算放大器OPA847，使用集成芯片在保证带宽的基础上，可有效抑制噪声，且性能稳定，电路搭建简单，调试方便。将集成低噪声宽带放大器作为前置放大器，能够更有效地保证后级系统性能优异。
方案一中由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。方案二采用集成运放，调试方便，稳定性好。因此，本设计选用方案二。
1.2可控宽带增益方案选择
方案一：采用固定增益放大器，切换衰减网络的方法。首先有放大器级联实现固定增益（发挥部分要求52dB ），再由继电器切换衰减网络（如π型或Ｔ型）实现增益控制。
方案二：采用集成可控增益放大器。选用宽带低噪声线性压控增益放大器AD8367作为增益控制核心器件。其控制电压由单片机控制DAC 产生，其增益控制精度取决于DAC 位数。此方案增益与控制电压呈线性关系，控制精度高，稳定性优良，可实现增益连续可调，两级AD8367级联可实现较宽的增益调节范围。
方案一衰减网络由纯电阻搭建，虽然噪声小成本低，但增益调节精度受限于电阻值调节精度；且引入继电器，将影响高频特性，档位切换也无法实现增益连续可调。方案二采用了可变增益放大器AD8367，具有以dB 为单位的线性增益的特点，并且以单片机作为控制可以满足题目要求0~60dB可调，方案方便、稳定，可操作性强，所以采用方案二。
2、总体方案设计
系统硬件电路由低噪声固定增益放大电路、宽带可控增益放大电路、功率放大电路、MSP430F5529单片机控制模块四部分组成。系统总体框图如图1所示。其中，两级AD8367可控增益放大电路的增益控制端电压由用单片机控制的高精度数/模转换器TLV5638产生；后级功率放大电路采用高压摆率、高输出电流、低失真运放THS3201搭建，最大输出电压有效值可达2V 以上。
2.1低噪声固定增益放大电路设计
前置增益采用低噪宽带放大器OPA847，设定固定增益放大以抵消级间匹配带来的损耗，而第一级放大较为关键，OPA847为低噪声运放，可以降低整体的输入噪声，参考芯片数据手册，单级取固定增益22dB ，电阻采用用数据手册的最佳频率响应电阻推荐值。
2.2可控增益电路设计
程控增益电路模块采用500MHz 带宽、线性压控增益运算放大器AD8367作为程控核心器件。依据数据手册，AD8367增益调节范围为-2.5~+42.5dB，输入阻抗Zin=200，通过对其输入端进行阻抗匹配，将其可控增益范围调整为-14~+20dB，两级级联理论上可实现-28~40dB的增益范围调节。其控制电压由MSP430F5529单片机控制12位D/A转换器TLV5638产生，增益与D/A输出控制电压值呈线性关系，即为20mV/dB；增益控制理论精度为0.01dB 。
2.3后级功率放大器的设计
为达到输出正弦波有效值Uo=2V，本方案设计的后级功率放大电路由高性能、低失真、电压反馈运算放大器THS3201构成，THS3201具有540MHz 带宽（Rf=576Ω，G ＝+5），输出电流可达175mA ，题目中需输出的电流经计算：Io ＝Uo/R＝２V/50Ω＝2.83Vp/50Ω＝56.6mA ，能够达到设计要求。
2.4通频带内增益起伏控制
程控增益射频宽带放大器
摘要：为实现射频信号的放大和程控增益调节功能，采用压控增益宽带放大器AD8367为核心放大器件，通过MSP430F5529单片机控制高精度数/模转换器TLV5638实现增益步进调节。前置放大级采用低噪声宽带放大器OPA847，功率输出级采用高速电流反馈宽带放大器THS3201，实现10MHz~110MHz宽带、增益调节范围为12~52dB、步进1dB 的射频宽带放大器。
关键字：射频宽带放大器；压控增益；AD8367；MSP430F5529
1设计方案论证
1.1固定带宽增益方案
方案一：采用高频三极管如9018等分立元件搭建宽带放大器，本方案带宽足够快，增益高，成本低，但是电路设计复杂，稳定性差，容易发生自激，且三极管存在交越失真等现象，输出精度不高，不满足题目对放大器稳定性和精度的要求。
方案二：采用单片集成低噪宽带放大器，如3.9GHz 超高带宽、低失真、电压反馈型运算放大器OPA847，使用集成芯片在保证带宽的基础上，可有效抑制噪声，且性能稳定，电路搭建简单，调试方便。将集成低噪声宽带放大器作为前置放大器，能够更有效地保证后级系统性能优异。
方案一中由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。方案二采用集成运放，调试方便，稳定性好。因此，本设计选用方案二。
1.2可控宽带增益方案选择
方案一：采用固定增益放大器，切换衰减网络的方法。首先有放大器级联实现固定增益（发挥部分要求52dB ），再由继电器切换衰减网络（如π型或Ｔ型）实现增益控制。
方案二：采用集成可控增益放大器。选用宽带低噪声线性压控增益放大器AD8367作为增益控制核心器件。其控制电压由单片机控制DAC 产生，其增益控制精度取决于DAC 位数。此方案增益与控制电压呈线性关系，控制精度高，稳定性优良，可实现增益连续可调，两级AD8367级联可实现较宽的增益调节范围。
方案一衰减网络由纯电阻搭建，虽然噪声小成本低，但增益调节精度受限于电阻值调节精度；且引入继电器，将影响高频特性，档位切换也无法实现增益连续可调。方案二采用了可变增益放大器AD8367，具有以dB 为单位的线性增益的特点，并且以单片机作为控制可以满足题目要求0~60dB可调，方案方便、稳定，可操作性强，所以采用方案二。
2、总体方案设计
系统硬件电路由低噪声固定增益放大电路、宽带可控增益放大电路、功率放大电路、MSP430F5529单片机控制模块四部分组成。系统总体框图如图1所示。其中，两级AD8367可控增益放大电路的增益控制端电压由用单片机控制的高精度数/模转换器TLV5638产生；后级功率放大电路采用高压摆率、高输出电流、低失真运放THS3201搭建，最大输出电压有效值可达2V 以上。
2.1低噪声固定增益放大电路设计
前置增益采用低噪宽带放大器OPA847，设定固定增益放大以抵消级间匹配带来的损耗，而第一级放大较为关键，OPA847为低噪声运放，可以降低整体的输入噪声，参考芯片数据手册，单级取固定增益22dB ，电阻采用用数据手册的最佳频率响应电阻推荐值。
2.2可控增益电路设计
程控增益电路模块采用500MHz 带宽、线性压控增益运算放大器AD8367作为程控核心器件。依据数据手册，AD8367增益调节范围为-2.5~+42.5dB，输入阻抗Zin=200，通过对其输入端进行阻抗匹配，将其可控增益范围调整为-14~+20dB，两级级联理论上可实现-28~40dB的增益范围调节。其控制电压由MSP430F5529单片机控制12位D/A转换器TLV5638产生，增益与D/A输出控制电压值呈线性关系，即为20mV/dB；增益控制理论精度为0.01dB 。
2.3后级功率放大器的设计
为达到输出正弦波有效值Uo=2V，本方案设计的后级功率放大电路由高性能、低失真、电压反馈运算放大器THS3201构成，THS3201具有540MHz 带宽（Rf=576Ω，G ＝+5），输出电流可达175mA ，题目中需输出的电流经计算：Io ＝Uo/R＝２V/50Ω＝2.83Vp/50Ω＝56.6mA ，能够达到设计要求。
2.4通频带内增益起伏控制