采用可变增益放大器实现宽带信号的恒定输出

　　摘要：在对石英晶片的电性能参数进行测试时，需要对被测晶片施加一个高频扫描激励信号。通常该激励信号可以通过一个直接数字频率合成器(DDS)来实现。若采用固定信号放大器放大输出，则其低频信号幅度将远远大于高频信号幅度，而对被测晶片的激励信号应保持在600mV左右，显然无法通过固定增益放大器达到这一性能指标。由于信号的放大增益，要依据该信号的频率变化而改变，因此设计采用可变增益放大器来实现。

　　本设计采用了一片程控可变增益放大器AD8370实现对信号的放大，电路如图1所示。其信号增益范围有两个，分别是低增益范围：-11dB到+17dB和高增益范围：6dB到34dB，可通过增益控制字来选择。由单片机根据当前输出信号的频率，向可变增益放大器发送增益控制码，控制信号的输出幅度。　　

 

　　由于AD9852的输出信号是直接通过其内部的余弦DAC进行输出的，其输出信号的幅度较小且高频噪声较大，因此需要通过一个120MHz的三级椭圆低通滤波器将高频噪声滤除后输出给AD8370。在电路中，将AD8370的输入设计成差分输入方式，以更好地消除偶次谐波，并增大共模抑制比。输入端的1μF电容用以隔离信号中的直流成分，同时该电容与AD8370的输入等效电阻到地，形成一个高通滤波器，可有效滤除低频噪声。AD8370的增益控制码可根据公式计算得出，其中：Av是所要的电压增益，GainCode为控制码，取8位二进制代码中的低7位，第8位即MSB为1时表示采用高增益范围。当信号频率为2MHz时需要将增益控制码设置为10001101即12.6dB，当信号频率为100MHz时，增益控制码则调整为11001100即29dB。该增益控制码可由ARM单片机LM3S3749根据DDS的输出信号的相关幅度，通过公式计算出来后通过PE2口，写入AD8370的DATA端。 

　　为了提高输出信号的共模抑制比，减小偶次谐波畸变，将AD8370的信号输出端设计为差分输出方式。由于作为信号源只能在石英晶片的一端施加信号激励，因此在差分信号输出端设计了一个宽带集成运算放大器，可将双端差分信号转换为单端信号输出。由于AD8370的信号输出增益受到外接负载电阻的影响与理论计算值产生一定的偏差，该偏差可按照公式：计算得出。在本电路中，AD8370的输出负载近似等于100Ω，代入该公式计算得出增益偏差为1，因此无需对增益控制码进行调整。