射频宽带放大器_高超组.docx

射频宽带放大器 学 校：西安交通大学 作 者：高 超 关雁铭 刘 锦 指导教师：张鹏辉 王中方 张翠翠 摘 要：本作品以德州仪器（TI）公司所生产LMH6518和THS3202为主要器件，设计并制作了0~60dB全增益范围内1dB通频带为300kHz~150MHz、3dB通频带为300kHz~200MHz以上的宽带放大器。放大器输入、输出阻抗均为50Ω。在输出端接50Ω负载时，频带300kHz~150MHz范围内，最大不失真输出电压有效值可达1.1V，150MHz带内波动为0.81dB，且最大增益大于60dB。实测结果表明，该作品成功实现了题目要求的功能，多项指标优于题目要求。 关键词：宽带放大；程控增益；LMH6518 Abstract：This radiofrequency broadband amplifier is designed based on Texas Instruments (TI) amplifiers LMH6518 and THS3202, which has a programmable gain over 0~60dB with a 1dB bandwidth of 300kHz to 150MHz, and a 3dB bandwidth of over 200MHz, having an input and output impendence designed to be 50 ohms. The maximum output voltage without distortion is 1.1Vrms with a 50 ohm load and within 1dB bandwidth. The maximum gain is over 60dB with an in-band gain error less than 0.81dB. Measurements suggested that our device has reached all requirement of the subject, and some indexes even surpass the criteria the competition demands. Keywords：Broadband Amplifier, Programmable Gain, LMH6518 ? 一、系统总体方案与子模块设计 1、系统总体方案设计 根据题目要求，系统要在宽频带范围内实现增益可调，系统级按照放大器的组成形式可以有两套方案： 方案一：使用分立元件构成放大器。使用分立元件设计放大器的优点在于系统噪声低，且各项指标可以根据特殊要求设计。但分立元件放大器失真较大，而且增益不便于调节，各元件参数计算非常复杂，不便于调试，PCB布线稍有不慎就会引入大量分布参数。 方案二：使用集成运算放大器。集成运算放大器体积小、外围电路简单，并且现在部分产品带宽宽、增益准确、带负载能力强。 对于本题目的要求，使用分立元件难以达到较低的失真度，且靠调节静态工作点难以达到较高的增益准确度。因此我们使用集成运算放大器来完成设计任务。 由于一般型号的可变增益放大器都无法达到0~60dB可调，因此放大器至少为两级。在放大器类型上可以选择两级均是可变增益放大器，由控制系统分别控制；也可以选择前级为可变增益放大，后级为固定增益放大，并使用继电器控制固定增益放大器的接入达到0~60dB全增益范围可调。 比较之下，前级可变增益、后级固定增益的结构易于控制，成本较低，因此我们采用这种结构进行系统的设计。最终设计的系统框图如图1.1所示。 图1.1 系统结构框图 2、各个分模块设计方案比较 前文所述，对于常用的可调增益放大器，可调增益范围一般情况下不超过40dB，因此设计时我们设定可变增益放大器增益为0~40dB范围内，后级固定增益放大器总增益设置在20dB左右，在增益调节范围小于40dB时断开后级放大器，大于40dB时再将其接入，同时降低前级放大器增益，便可满足整体增益0~60dB可调的要求。 （1）、可变增益放大器设计方案 方案一：采用TI公司VCA822压控增益放大器。该放大器0~40dB连续可调增益范围内带宽可达150MHz。 方案二：采用TI公司LMH6518宽带程控增益放大器。该放大器在0~40dB可调增益范围内带宽可达900MHz，噪声因数仅为3.8dB，内建不同截止频率的程控滤波器。但芯片功耗较高，须做好散热措施。 对比之下方案二的放大器性能更加优越，且第一级放大器的噪声将对整个放大器的噪声性能起到极大的影响，而LMH6518的噪声性能和带宽均远远优于VCA822，因此前级可变增益放大器我们选用LMH6518. （2）、固定增益放大器