增益可调射频宽带放大器

1、湖州师范学院本科毕业论文 毕 业 设 计（论文） 2016 届 题 目 增益可调射频宽带放大器设计 专 业 电子信息工程 学生姓名 朱崇尚 学 号 12082306 指导教师 肖良军 论文字数 约1万1千 完成日期 2015年12月15日 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制1增益可调射频宽带放大器设计摘 要：射频放大器是通信系统中与收发信号中的一块重要组成部分，其各个方面的性能好坏会直接影响整个系统的运行1。随着当今社会信息化的发展，对于射频宽带放大器的要求也越来越高。鉴于此，本文实现了一种以STC89C52为控制核心来实现增益可调的射频宽带放大器设计。本设计的放大部分采用三级放大，高

2、速运放OPA695作为前置固定增益放大，用于阻抗匹配并降低信号源输入的噪声，VCA821作为中间级的增益可调放大，THS3201作为后级的功率放大。该放大器具有前后级工作互不影响，频率特性良好的特点，而且整个系统稳定性强，实现了宽带放大，最后根据实际测量的数据，本设计的放大器能够较好完成增益可调宽带放大。关键词：宽带放大，增益可调，VCA821 I1The Design of Gain Adjustable RF Broadband AmplifierAbstract: Radio frequency amplifier is an important part of the communic

3、ation system, and the performance of the RF amplifier can directly affect the operation of the whole system. 1. With the development of information technology in today's society, the requirements for RF broadband amplifiers are becoming higher and higher. In view of this, this paper realized a k

4、ind of RF broadband amplifier design with STC89C52 as the control core. The design of the amplifier using three amplifier, high speed operational amplifier OPA695 as a pre fixed gain amplifier for impedance matching and noise reduction signal input, VCA821 as the middle level adjustable gain amplifi

5、er, THS3201 power amplifier as post. The amplifier has the characteristics of good performance of the front and rear, the frequency characteristic is good, and the stability of the whole system is strong, and the broadband is amplified. Finally, according to the actual measurement data, the design o

6、f the amplifier can achieve a better gain adjustable broadband amplifier.Key words: Broadband amplification, gain adjustable, VCA821I1目 录第1章 绪 论11.1 选题背景及意义11.2 射频放大器研究现状及发展趋势11.2.1 射频放大器研究现状11.2.2 发展趋势11.3 设计目标2第2章 系统硬件设计32.1 系统整体框图32.2 单片机最小系统32.2.1 单片机STC89C52RC简介32.2.2 复位电路42.2.3 晶振电路42.2.4 按键电路

7、42.3 中间级可调增益模块52.3.1 方案讨论52.3.2 中间级增益可调放大模块52.4 前置固定增益放大模块62.5 后级功率放大模块72.6 DA数模转换模块82.7 显示模块92.8 供电模块92.9 系统硬件总结9第3章 系统软件设计113.1 系统软件流程图113.2 中断服务子程序123.3 按键处理子程序133.4 DA数模转化子程序133.5 系统软件总结14第4章 设计结果与总结154.1 设计总结154.2 设计结果154.3 检测结果16参考文献18致 谢19I第1章 绪 论1.1 选题背景及意义现在的社会是一个信息化极度爆炸的社会，所以对于信息的处理以及应用在社会

8、上的各个行业都非常重视，并且投入相当大的人力与财力进行相应的研究与设计。而随着全球技术的日渐成熟，传统的通信方式正在逐步接受新兴模式的挑战，无线通信就是这样的一种信息化发展下的一种新兴产业，这其中的关键部分就是有关于射频功率放大器的构建，同时依赖于社会当今运算放大器的发展。随着当今社会电子技术的发展，人类对于信息的传递手段从最初的有线通信逐步发展到无线通信，同时对于无线通讯的要求愈发严格和精确。在无线通讯中，射频宽带放大器起到了至关重要的作用，是无线通讯中不可或缺的一部分。在无线通讯这个系统中，高增益、宽频带的放大器会为整个系统提供的更大的方便，因此追求更高增益、更宽频带以及增益可调的射频宽带

9、放大器也对无线通讯的发展起到了一定的推动作用，积极促进了信息通讯的发展以及让人们更便捷的进行通信交流。本设计根据原有的宽带放大器技术水平上进行扩展提升，通过选用高精度的高速运放来提高宽带放大的技术指标，同时为应对不同情况下的需求，设计为增益可调节，即利用TI德州仪器公司3生产的VCA821芯片来设计相应的增益调节电路。VCA821是一款可以调节增益的宽带放大器，在放大倍数为10倍的情况下输出信号的带宽为150MHz，完全符合本设计要求。在完成增益可调的同时，后级功率放大选择用THS3201芯片来提高放大器驱动负载能力。 1.2 射频放大器研究现状及发展趋势1.2.1 射频放大器研究现状伴随着当

10、今社会中电子行业的高速发展，对于硬件的要求也逐渐提高，往往要求硬件更加趋于小型化与适用化，这样一来对于射频类放大器的设计要求也会越来越高，而且对于该放大器的各类指标也会越来越严格。更加的小型化设计也会要求射频放大器的布局以及走线的要求也会提高，不然的话会在其频带范围里增加各种不确定的干扰因素，从而使得射频放大器的使用效率不高，因此对于射频放大器的线性优化是如今很有必要的研究。当然随着射频放大器的发展，各种方案的优化也层出不穷，这也是依赖于当今社会的技术发展以及更加高性能芯片的产生，推动了射频放大器的设计发展4。1.2.2 发展趋势在近些年的无线通讯发展中，射频宽带放大器得到了很好的发展，其中射

11、频放大器的增益、频带已经精确性都得到很好的提高，但同时为了提高该放大器的系统及稳定性，还要进行更加合理的设计以及做相应的抗干扰能力，其中，噪声的干扰是非常严重以及很难驱除的因素，这就对芯片的性能以及选型提出了很高的要求。对于带宽的要求也很重要，在实际应用中，往往带宽越宽，对于整个系统的性能会有很大的提高，相对的对于芯片本身的带宽的要求会更高，往往会要求芯片的带宽越宽越好，才能供给整个系统来良好运行。伴随着无线通讯技术的快速发展，射频放大器的效率以及线性化技术更加成为研究领域的重点的研究对象。射频宽大放大器的性能好坏将会直接决定了整个系统的通信质量以及使用效率。在使用射频放大器的使用效率的问题上

12、，就要关注于能源消耗问题，即以绿色通信关联考虑，要降低能耗的同时具有较高的工作效率5。1.3 设计目标本设计目标要实现放大器在宽频带的要求下可以进行增益可调，同时能够保证经由放大器的信号输出波形良好，波形无明显失真；该放大器要具有一定的宽频带，同时在频带的增益波动要小，增益曲线要相对平稳；输入输出阻抗匹配。实现下列目标：（1）放大器的电压增益：，输出波形无明显失真；（2）的通频带不窄于；（3）在 频率范围内增益波动不大于;（4）实现增益可调，增益可调范围47倍 100倍。18湖州师范学院本科毕业论文第2章 系统硬件设计2.1 系统整体框图 整个系统硬件主要包括单片机最小系统、前置固定放大模块、

13、中间级可调增益放大模块、后级功率放大模块、按键模块、DA数模转换模块、显示模块等。图2.1 系统整体框图由图2.1可知，本设计采用3级放大，分别为前置固定放大，可调增益放大以及后置功率放大，小信号（峰-峰值）经过3级放大器后实现放大40dB6,同时在信号输入系统时进行阻抗匹配。在可调增益放大模块中选择压控可调增益放大器芯片，电压控制端的电压模拟量输入由51单片机控制DA模块来产生，通过程序来进行增益调节，同时液晶显示模块根据DA模块产生的电压模拟量来显示相对应此时的放大增益。2.2 单片机最小系统2.2.1 单片机STC89C52RC简介STC89C52RC是STC公司生产的一款具有低功耗、高

14、性能CMOS特点的8位单片机，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52相比于传统的51单片机具有更多的改进。使其具备了很多超越传统51单片机的功能。51系列单片机是目前范围使用范围最广的一类微处理器，其价格低廉，功能强大，受到广大电子设计爱好者和工程师的喜欢。51单片机内部具有丰富的硬件资源13，例如定时/计数器、中断系统、串行接口，且其还提供了详尽的指令操作系统，可以方便地进行程序设计。图2.2 STC89C52RC单片机引脚图2.2.2 复位电路在单片机运作其软件程序的时候，如若遭受到外界干扰的情况，程序会发生跑飞的状况而使得单片机进入一个死循环，从而会让单片机不能正常工

15、作，继而影响到各个模块的正常运行。这种时候就需要通过外部人为的操作才能使得单片机回归正常工作状态。单片机的复位方式有外部按键手动复位、外部低压检测复位、软件复位、上电复位等等。本设计采用了外部按键手动复位的方式。在单片机的9号引脚人为通过按键键入高电平，当单片机检测到RST引脚有高电平输入时，单片机会初始化重新开始运行程序。复位电路如图2.3所示，S6是一个轻触按键，C9为10uf的电解电容，R11是一个1K的色环电阻，其中电容与电阻串联分压，当按键按下时，电容被短路，RST相当于连接电源电压，即看做在RST端口键入了一个高电平。图2.3 复位电路2.2.3 晶振电路晶振电路为单片机系统的运行

16、提供了一个基本的时钟信号，通常一个系统共用一个晶振，这是为了让各模块运行的时候保持同步。图2.4 晶振电路晶振电路的连接示意图如图2.4所示，Y1为11.0592MHz的晶振，C10、C11是2个30pf的瓷片电容，是为了使晶振正常工作的电容，如果不接这两个电容，则振荡部分可能会因为没有回路而停振，从而导致整个电路不能正常工作。2.2.4 按键电路在本设计中，除去复位按键外只接有2个功能按键，S1按键接入单片机P1.0口，控制的是增加DA模块的输出电压。S2按键接入单片机P1.1口，控制的是减小DA模块的输出电压。按键电路图如图2.5所示。图2.5按键电路2.3 中间级可调增益模块2.3.1

17、方案讨论方案一：AD835乘法器。AD835为一款具有4个象限电压输出的模拟芯片。它能够显示线性的x与y电压输入的结果，且输出-3dB 的信号频带为250MHz左右。满量程为1V至+1V，且在上升至下降的反应大约为2.5ns的时间，20ns为0.1%建立的时间。 x与y是AD835的微分乘法输入，z端口为其加法的高阻抗输入端口。方案二：VCA810。VCA810是直流耦合、宽带、连续可变电压控制增益放大器。35MHz是VCA810的恒定带宽，而且其增益控制带宽达到了25MHz。它提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40dB增益至+40&

18、#160;dB的范围内成dB/ V的线性变化。方案三：VCA821。VCA821是宽带、大于 40dB 调节范围、dB 线性可变增益放大器，它提供了一个差分输入到单端的转换具有高阻抗输入增益控制用于改变增益下降40分贝标称最大增益的增益设置电阻（RG）和反馈电阻（RF）。VCA821装置内部结构由两输入缓冲器和输出电流反馈放大器阶段事半功倍的核心提供了一个完整的可变增益放大器（VGA）集成系统，不需要外部缓冲。最大增益设置外部电阻，提供了设计的灵活性。最大增益的目的是设置在6分贝和32分贝之间。±5V电源供电，为VCA821装置的增益控制电压来调节增益线性dB作为控制电压变

19、化范围从0V到+ 2 V。在GAIN=+2时,小信号的带宽达到了710MHz，同时具有2500的高压摆率。分析：方案一用AD835模拟放大器，能够输出为250MHz的信号，但是随着增益的增加，会减小带宽，对于100MHz的带宽要求会有所局限。同时对于-1V1V的可调电压控制，正电压比较好实现，但是对于正负电压同时可调实现起来会有所麻烦，不容易实现即会增加控制的不确定性，同时导致整个系统的不稳定；方案二用VCA810芯片，很明显的，VCA810芯片的带宽只有35MHz，远远小于目标所要的100MHz，且压控端为负电压可调，比较难实现；方案三用VCA821，带宽足够，为正电压控制，且可调增益范围广

20、，符合设计要求。所以选择方案三作为增益可调放大器的方案。2.3.2 中间级增益可调放大模块选择VCA821作为增益可调放大器，该放大器模块原理图如图2.3所示。该模块最大放大倍数为： (2)在实际的电路中，又有没有用到R6与C5，即最大放大倍数该为： (3)转化增益为： (4)在该模块中，P5、P6为SMB接口。P4端口为电压控制端，即接入DA模块，为电压模拟量的输入端口。R2、P7为50电阻，用于级间的阻抗匹配。R5、R6确定该可调放大器模块的最大增益，增益计算公式可见（2）（3）（4）。9号引脚为电压参考端，必须通过R9的20与地相连接，来避免输出发生振荡。3、6号引脚为信号差分输入端口，

21、采用正相的连接方式，即信号输入输出的相位一致。图2.6 中间级可调增益模块VCA821的2号引脚为增益放大的控制端，通过输入该引脚的电压值得变化来改变输出信号的增益大小，输出信号的增益随着VG端电压值的变化而变化，其变化趋势如下图2.3.2所示。图2.7 VG端电压变化与增益变化示意图 从上图的变化趋势可以得到，VG端的控制电压在0.6V1.4V之间时，输出信号的放大倍数在0.8V/V10V/V之间，且可以近似的看成线性调整，在末端1V1.4V之间的电压变化会导致输出信号的放大倍数不成线性变化。但是在电压接近1V左右的时候会有误差的存在，即在这一点上的放大倍数会可能不精确。在电压大于1.4V时

22、，VCA821的输出信号的放大倍数会固定，不再随着电压的变化而变化，所以电压的取值变不能处于大于1.4V这一阶段，不然信号将不再变化而达不到增益可调的目的。2.4 前置固定增益放大模块系统前置固定放大器电路如图2.2所示，由图可知，前置放大器的增益为： （1）图2.8 前置固定增益放大模块系统的通频带由3级放大电路共同决定，3级放大链接后的带宽会明显小于单级放大电路，所以要选择带宽放大器，且由于放大的增益不小，所以对于带宽的要求就越大。在前置固定增益放大电路中，选择OPA695芯片，这是一款具有禁用功能的超宽带电流反馈运算放大器，这款芯片具有超高带宽转换、速率快、低功耗的特点，且带宽增益积为1

23、700MHz,且压摆率高达4300，满足在前置放大固定增益的同时拥有良好的带宽，在GAIN=+2的情况下，带宽达到850MHz，在GAIN=+8的情况下，带宽达到450MHz。在芯片的参考数据中，该芯片的失调电压（Offset voltage）最大为3mV，而且输入电压噪声（input noise voltage）仅为1.8 。前置固定放大电路为了使得信号输出相位与信号源的信号输入相位相同，采用同相放大连接。信号输入接电阻R1为50，为了达到信号源和前置放大电路的阻抗匹配。R4和R3电阻确定了前置固定增益放大器的增益。P2、P3为信号测试点，用来外接示波器来观测电路中的输入输出信号。P4、P5

24、为SMB接头，用于传输射频信号7-11，其传输频率范围很宽。R2电阻50为级间匹配电阻，实现前置固定放大器与下一级的阻抗匹配。2.5 后级功率放大模块系统后级率放大模块如图2.4所示，由图可知，前置放大器的增益为： （5）图2.9 后级功率放大模块压摆率是指运算放大器输出电压的转换速率，单位有通常有V/s，V/ms和V/us三种，它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标。压摆率也称转换速率。压摆率的数学定义：12其中：f是信号的最大频率，也可以看做是其带宽,V为经过放大后信号输出的最大峰峰值;压摆率的概念是大信号放大时的带宽问题;压摆率计算出的带宽同带宽增益积的关系：带宽增益积反应小信号放大信

25、号的带宽问题，压摆率反应大信号放大信号的问题，一般大信号的带宽都要小于带宽增益积的值。THS3201是宽带，1.8GHz高速电流反馈放大器，设计运行在一个±3.3 V电源电压范围宽至±7.5 V为高性能应用。宽电源电压范围，结合低失真和高转换率，使THS3201适合任意波形驱动应用。变形性能也使驱动高分辨率和高采样率的模数转换器（ADC）。其高电压操作能力使THS3201特别适用于许多测试，测量，和吃低电压设备不能提供足够的电压摆幅能力中的应用。输出上升和下降时间几乎是步长独立（一阶近似），用于小型到大型步进脉冲在高动态系统的线性度好让THS3201理想。如图2.4所示P4

26、、P5为SMB接口，P6、P7为信号测试端点，R1、R2为50电阻，用于阻抗匹配，R4、R3确定了该后级功率放大模块的增益，增益计算公式可见公式（5）。线路连接方式为同相放大，为确保输入输出信号的相位一致。与电压反馈放大器不同，电流反馈放大器是高度依赖于反馈电阻的最大性能和稳定性。设置最佳的增益电阻RF和RG值在不同频率响应时候会提供最大的带宽和最小的的峰值。实现更高的带宽代价是增加的频率响应峰值，利用射频更低的值。相反，增加射频降低带宽，但稳定性提高。2.6 DA数模转换模块DA数模转换模块原理图如下图2.5.2所示：图2.10 数模转换模块原理图由上图可知，数模转换模块选用TLV5618芯

27、片，TLV5618是一款2.7V-5.5V低功耗12位双通道DAC，电压输出显示。TLV5618有具有以下特点：0.5LSB的建立时间为2.5ms或12.5ms，8引脚封装内有两路12位CMOS电压输出DAC，DACA和DACB同时更新，3线串行接口，电压输出范围是基准输入电压的2倍，软件断电方式，1.21MHz的输入数据更新速率。TLV5618的基准电压由ATL431产生，该芯片是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。由德州仪器生产，所谓TL431就是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，为TLV5618提供一个良好的+2.5V的基准

28、电压，即该模块输出的模拟电压公式为： （6） 其中 DIGNUM后四位为:0x00000x0fff，V为基准电压2.5V，所需输入的数字信号值为16位数,其中D15D12为特殊位设置,D11D0为数据位000FFF。2.7 显示模块本模块用于显示的是采用NOKIA 公司生产的LCD5110液晶。该液晶是一款不仅能够展示字母符号和汉字，而且能够根据自己的喜好取模来展示的点阵LCD。与单片机的通信选用串行通信，这样能够让与单片机的接口信号线大大减少，增加了单片机的使用效率。同时支持多种形式的串行口通信协议，其传输速度能够达到4Mbps，能够做到实时显示写入的数据，不需要缓冲的时间。LCD

29、控制器/驱动芯片已经绑定在LCD晶片上，使得该模块的体积很小，因此，被广泛的用于各种便携设备的显示系统中。该模块的连接原理图如下图2.5.3所示：图2.11 5110液晶显示模块由上图所知，液晶5110引脚1号引脚为复位脚；2号引脚为片选引脚；3号引脚为数据和命令切换引脚；4号引脚为数据输入引脚；5号引脚为时钟控制引脚；6号引脚为电源；7号引脚为背光控制开关，低电平打开背光；8号引脚为电源地。从图中可以得知，除去电源与地引脚，只有5个引脚接入单片机的P2口，大大节省了单片机的资源，同时液晶显示靠调制外界光来实现的，显示体本身不发光，不刺激眼睛，不易疲劳等优点，足够用于放大倍数的液晶显示。2.8

30、 供电模块本设计中的前置固定放大模块、可调增益放大模块、后级功率放大模块都需要正负电源供电，电源电压为正负5V,同时为了有效的减小自基现象的发生，以及保证直流电源电压的稳定性，在正负电源上分别加上了一个0.1UF和6.8UF的滤波电容，在一定程度上同时滤除了直流电源中的不需要的交流分量，使直流电平滑，增加了电源电压的可靠性，同时增加了电路的抗干扰性能，使得前置固定放大模块、可调增益放大模块、后级功率放大模块这三个模块的输出信号更加稳定。图2.12 供电模块原理图2.9 系统硬件总结本设计的放大增益由前置固定放大模块、可调增益放大模块、后级功率放大模块这三块的放大增益共同决定，因为由三个模块连级

31、来放大信号，所以又由每个模块的增益公式（1）、（4）、（5）可以得到本设计的最大增益公式为：本设计的带宽有OPA695、VCA821、THS3201这三款芯片的各自的所局限的带宽共同决定，因为三级连接所造成的带宽往往会小于实际芯片所提供的带宽，所以选择了具有超高带宽的OPA695和THS3201芯片，而且VCA821也拥有足够的带宽来适应设计的要求。MCU选择用最简便的STC89C52单片机来搭建最小系统，同时方便自己搭建DA数模转换模块和液晶显示模块这两个外围电路。通过按键来控制DA数模转化模块输出步进电压来达到改变系统增益的目的，使得设计增益可调，并通过液晶显示当前的信号放大倍数，便于检测

32、与验证。第3章 系统软件设计3.1 系统软件流程图针对本设计的设计需求，在硬件搭建以及焊接制板基本通过测试后，设计如下系统软件流程图，如图3.1所示，达到通过按键来控制整个设计系统的信号增益可调。随着按键次数的增加，而逐步增加输出信号的放大倍数，以达到程控的目的。图3.1 系统软件总程序流程图从上图可以看出来，在中断初始化的时候要计算好计数器的初值设定，20ms对于该程序来说足够，即20ms进入中断一次，执行一次中断服务子程序，如若程序执行出错，可以适当所短检测的时间，即会提高进入中断的次数，从而使得检测更加灵敏。在液晶显示方面，让其一直循环显示，即当程序不进入中断的时候保持当前的显示不变化，

33、只有在进入中断服务子程序之后，会更新液晶的显示数据，从而更新5110液晶的显示。这样的程序既简单又明了，可以很直观的看出主程序的框架构造，条理清晰，便于之后的程序调试修改，使之不容易出错，能够良好运行。3.2 中断服务子程序中断服务子程序如下图图3.2所示：图3.2 中断服务子程序程序框图由上图可知，在中断子程序中，一开始要先装入初值，即在进入中断服务子程序的时候更新计数器的初值，使之重新开始计数，为下一次的进入中断做好准备。然后进行按键扫描，在这一步中要确定哪一个按键被按下，即哪一个按键发挥了作用，要通过按键扫描将之提取出来，根据提取的按键不同来赋予按键不同的功能，将这些功能归纳起来就为按键

34、处理子程序，每一个按键对应按键处理子程序中的一项功能，通过提取按键的标志位的不同来调用相应的按键功能。按键扫描的频率即为进入中断子程序的频率，20ms的扫描时间够用来正常的按键反应时间了。关于按键扫描的算法种类有很多种，最重要的可以说是要消除按键的抖动来确定按键是否真正的起到作用，自重最简单的可以说是通过一个延时子程序来消除按键抖动，在该程序里没有选择延时消抖，而采用另一种算法来处理按键扫描，具体程序如下：void keyread(void)unsigned char ReadData=P10xff; /1Trg=ReadData&(ReadDataCont); /2Cont=Read

35、Data; /3其中，Trg代表触发，Cont代表的是连续按下；1：提取P1口的端口数据，进行取反操作，再将取得的数据放在ReadData这个临时变量里储存；2：用来计算触发变量；3：用来计算连续变量。第一次按下按键的情况下：当与P1.0口连接的按键按下的时候，ReadData读端口并且取反，即为0X01;Trg=ReadData&(ReadDataCont); 因为是首次摁下按键，所以Cont这个变量的数据是0。那么2这个式子推算出来Trg=0x01&（0x010x00）=0x01；Cont=ReadData=0x01；这样就提取出来P1端口数据为0x01，即第一按键按下。当

36、按键松开的情况下，可以算出来的结果为：ReadData=0x00；Trg=0x00；Cont=0x00。在按键处理子程序中，可以通过判断Trg这个全局变量来确定哪一个按键起到了作用，同时可以设置该按键的功能程序。3.3 按键处理子程序本设计的按键处理子程序如下图3.3所示：图3.3 按键处理子程序框图由上图按键子程序框图可以看出，按键1的功能为步进递增，按键2的功能为步进递减，步进的大小全部测量为一个数组，存放于DAData数组中，通过标志i的自加自减来逐步提取数组中的数据，然后将数据送入DA数模转化即DA模块中进行模拟电压的转化，从而使得DA输出不同的模拟电压，来改变信号的增益，达到控制的目

37、的。其中j的作用为检索另外一个存放放大倍数的数组，通过按键按得的j的不同数值来提取放大倍数用于液晶显示。3.4 DA数模转化子程序DA数模转化子程序框图如下图3.4所示。图3.4 DA数模转化子程序框图在DA数模转化中，在片选的有效的情况下TLV5618才能工作，同时16位数据是根据说明设置转化数据。后12位为需要转换的值，即后12位数据才是真正转化为模拟量的数据。在进行数模转化的时候，要设置其模式、通道选择并进行DA转换，其中：Data_A：A通道转换的电压值Data_B：B通道转换的电压值Channal：通道选择，其值为Channal_A，Channal_B,或Channal_ABMode

38、l：速度控制位 0：slow mode 1：fast mode另外还需要注意Data_A，Data_B的范围为：0-0x0fff；程序如果只需要一个通道时，另外一个通道的值可任意，但是不能缺省。3.5 系统软件总结整个系统的软件比较简单，只要完成按键模块的控制、DA模块输出模拟电压的控制以及对于相应放大倍数的显示即可，在进行编写的时候用Keil uVision4这款软件，同时在编译通过且没有报错的情况下再烧录进单片机硬件系统内，进行硬件调试来验证软件程序的正确性。第4章 设计结果与总结4.1 设计总结本设计研究的主要目的是给出一个程控宽带放大器的可行方案，在设计制作的同时，增加对于信号放大的理

39、解。在硬件上，由于放大倍数不小，所以不适合用单级放大，因为如果放大倍数过大，对于运放芯片的要求也就会越高，且如若用单级放大倍数过大，会容易使得板子自基振荡，所以采用多级放大。用多级放大的方式虽然不会像单级那样对芯片的要求高，但是相对的对于制板以及PCB布线的要求则会变高，特别是对于三块板连级测试输出信号的此时环境要求也非常高，不仅要考虑每一块板子的供电问题，还要考虑连级之间的阻抗匹配问题，引入阻抗匹配之后又要重新计算和分配每一块模块的增益问题，匹配阻抗会消耗一定的增益，所以则需要比预计更高的增益，才能实现原本设计的增益目标。在设计上，由于信号的频率在80MHz左右，在平常的属于高频15段，所以

40、容易比较受到干扰，为了使得信号测试更加清晰，在接口以及测试线的方面上，特地选择了SMB这种专用于高频测试的接口以及专用的测试线。同时为了能够进行输入输出信号的对比，在前置固定放大器、后级功率放大器这两个模块中的输入输出端都添加了测试端点。在制板工艺上，选择绿油的工厂制板，这样做出来的板子效果会比自己腐蚀制板的效果更好，发厂制作的板子在成功率会明显高上很多，其中很明显的是制板16上的线路会比自己腐蚀制作的板子更加干净，在一定程度上祛除线路上杂质的干扰，保证了输出信号的稳定性。一般来说，在程控的设计上，信号板的测试通过也就很大程度上意味着设计的通过。在焊接各种元件的选择上，全部选择了表贴类的元件，

41、因为在直插元件的选择中，需要过孔，在板子上的过孔会增加信号的干扰，所以在选择表贴类元件的同时也在一定程度上避免信号的干扰。在软件上，程序的编写比较简单，关键在于信号放大倍数的测量以及相对应的模拟电压值得确定，这两者需要相匹配，不然会造成液晶显示的信号放大倍数与实际示波器上的信号放大倍数不相等，当然相对的，测量存在误差，即在频带内的放大倍数并不是确定的，在频带内的信号放大有一定的上下波动，该误差可以避免，通过更加好的方案，例如用ADC模数转化来检测输出的电压值，再通过对比来显示此时的放大倍数，这样的一定程度上会使得测量更趋向于精确。总体而言，本设计能够达到预期的目标，实现增益可调，且最大增益为4

42、0dB以上。但是在程控部分，在小于0.8V控制模拟电压的情况下，信号输出的波形并不是很稳定，所以在这一部分里并没有算成可调部分，这是不足的地方。改进的方法有很多种，例如采用更好的芯片，或者线路布局更加合理，再者在硬件的全套连接后加上屏蔽罩等。其中我认为目前为止对此最好的方式是在输出信号后面同时再经过一个60MHz的高通滤波器或者是50MHz110MHz的带通滤波器，信号在通过滤波器之后，就能够滤除60MHz以下以及100MHz以上的噪声信号，能够使得信号的波形更加趋于完美。由于自身掌握的知识以及对于运算放大器芯片的种类的限制，导致了无法将放大器的增益做得更高，也无法使得放大器的带宽更宽，还存在

43、了缺陷以及不足。本设计确实存在了很多需要改进的地方，例如：液晶的显示部分内容有些单调且不精确，可以再加入一些显示信号的其他方面，像频率，峰值，更有可能直接显示输出的波形。还有就制板的的问题，分模块化的制板使得连接上有很大的问题，虽然便于调试与测量，但同时也增加了干扰，所以可以统一结合在一起，制成一块总板，这样也可以避免很多干扰。4.2 设计结果各个模块实物图如下图所示：图4.1为前置固定放大模块，在信号的输入输出端都加入了信号测试端点，便于信号检测，图4.2是中间级增益可调放大模块，图4.3是后级功率放大模块，图4.4是单片机加液晶显示模块 图4.1 前置固定放大模块实物图 图4.2 中间级增

44、益可调放大模块实物图 图4.3 后级功率放大模块实物图 图4.4单片机加液晶显示模块4.3 检测结果如下图4.5、4.5、4.6所示，信号发生器输出的信号为VPP=20mV，f=80MHz，在示波器上显示的信号为VPP=2.02V，f=80MHz,实物液晶显示的放大倍数为103倍，基本吻合。图4.5信号发生器图4.6示波器显示情况图4.7 实物液晶显示情况同时经过多次的测量数据，得到了0.8V1.2V之间的18个测量数据，并且从这些数据上来看，本设计能够达到目标。其中测得的数据如下表所示：测试信号为VPP=20ms，f=80MHz；控制电压（V）输出信号（VPP）放大倍数0.83070.95470.85001.04520.86901.12560.88881.21610.90801.30650