下载文档原格式
ad603手册1. 简介AD603是ADI（Analog Devices Inc.）推出的一款低噪声，宽带可变增益放大器。
该芯片内部集成了一个控制电压输入端，可通过调节该输入电压实现增益的控制。
本手册将为您介绍AD603的主要特性，电路连接，使用方法和一些应用示例。
2. 主要特性2.1 低噪声：AD603采用了高性能放大器核心，能够在低噪声环境下提供出色的信号放大效果。
2.2 宽带性能：该芯片的带宽范围从DC到40MHz，可以满足多种应用场景的需求。
2.3 可变增益：AD603的增益范围为-14dB到20dB，通过控制电压输入端的电压，可以轻松地调节增益。
2.4 供电电压范围：AD603可以在单电源供电下工作，供电电压范围为5V到15V，非常适合嵌入式系统等低功耗应用。
2.5 稳定性：该芯片具有良好的温度稳定性和电源稳定性，保证了信号放大的一致性和可靠性。
3. 电路连接AD603的电路连接非常简单，下面是一种常见的连接方式：3.1 高频输入端（INHI和INLO）：将要放大的信号输入到INHI和INLO引脚，可以通过串联电容和电阻来完成信号的直流分离和控制输入阻抗。
3.2 控制电压输入端（VGAIN）：通过改变VGAIN引脚的电压，可以实现对增益的控制，增益和控制电压之间存在线性关系。
3.3 电源端（VD+和VD-）：将正负电源连接到VD+和VD-引脚，供芯片工作所需的电能。
3.4 输出端（OUTHI和OUTLO）：从OUTHI和OUTLO引脚输出放大后的信号，可以通过串联电阻和电容来滤除直流分量和控制输出阻抗。
4. 使用方法AD603的使用方法非常简单，下面是一般的步骤：4.1 电路连接：按照上述的电路连接方式，将AD603与其他电路元件连接好。
4.2 供电：将适当的电源电压接入VD+和VD-引脚，确保芯片正常工作。
4.3 增益控制：通过控制电压输入端（VGAIN）的电压，调节增益到合适的值。
AD603程控增益调整放大器AGC电路常用于RF/IF电路系统中，AGC电路的优劣直接影响着系统的性能。
因此设计了AD603和AD590构成的3~75dBAGC电路，并用于低压载波扩频通信系统中的数据集中器。
在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。
在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。
AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。
它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。
管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。
该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。
AD603的特点、内部结构和工作原理（1）AD603的特点AD603是美国AD公司继AD600后推出的宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片。
可用于RF/IF系统中的AGC电路、视频增益控制、A/D范围扩展和信号测量等系统中。
（2）ad603引脚排列是、功能及极限参数AD603的引脚排列如图1所示，表1所列为其引脚功能。
引脚1 增益控制输入“高”电压端（正电压控制）引脚2 增益控制输入“低”电压端（负电压控制）引脚3 运放输入引脚4 运放公共端引脚5 反馈端引脚6 负电源输入引脚7 运放输出引脚8 正电源输入●电源电压Vs：±7.5V；●输入信号幅度VINP：+2V；●增益控制端电压GNEG和GPOS：±Vs；●功耗：400mW；●工作温度范围；AD603A：-40℃～85℃；AD603S：-55℃～+125℃；●存储温度：-65℃～150℃（3）AD603内部结构及原理AD603内部结构图如图2所示。
AD600与AD603的应用简介崔振威摘要:压控放大芯片具有增益与外加控制电压成比例关系的特点，很适合用于需要对信号的幅度进行程控的场合，并可以根据芯片的特点制作出性能优异的AGC电路，广泛用于信号的的动态压缩处理，信号的提取，稳幅等场合。
ADI公司出品有几款性能优异的VCA芯片，如AD600，602，603等，这里主要讨论AD600和AD603的一些典型使用方法。
AD600简介AD600引脚图如图1图1AD600内置两路放大单元，其增益（dB）与外加控制电压成线性关系，增益范围为0~+40dB（AD602为-10~+30dB），具有低噪声、低失真、高增益精度、宽频带的特点，广泛用于视频增益控制、高性能音频电路、RF/IF系统中的AGC电路以及信号测量等电路。
AD600的内部结构AD600的内部框图如图2所示：图2AD600内部有一固定增益放大器、0~—42.14dB的宽带压控无源精密衰减器和32dB/V的线性增益控制电路。
AD600采用了X-AMP结构，该结构组成部分为一0~—42.14dB的可变衰减器和一固定增益放大器。
其中可变衰减器由一7级R-2R梯形网络构成，每级的衰减梁为6.02dB，可对输入信号进行0~—42.14dB的衰减。
该结构最组要的的特点是噪声小，在1MHz带宽，最大不失真输出为1Vrms时，信噪比优于76dB（AD602、AD603为86dB）。
另外，AD600在100KHz~10MHz的通频带内增益起伏不大于0.5dB，具有控制精度高的特点。
外加信号从精密无源衰减网络的输入端输入，其衰减量由高阻低偏流差分输入的增益控制电路的控制电压VG（VGPOS—VGNEG）决定AD603简介AD603引脚图如图3图3AD603是ADI公司继AD600、AD602之后推出的新品，它的结构与AD600类似，同时使用更灵活。
它内部只有一路放大单元，区别于AD600、AD602的双路放大单元，它的的增益范围可通过改变外部电路来设定，具有三种工作模式，此外，它的增益与控制电压的关系也略有不同。
AD603资料：选用方案三，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。
AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB ，满足题目要求的精度，其增益（dB ）与控制电压（V ）成线性关系，因此可以很方便地使用D/A 输出电压控制放大器的增益。
1.3后级放大电路 由于AD603的最大输出电压较小，不能满足题目要求，所以前级放大信号需经过后级功率放大达到更高的输出有效值。
方案一: 使用集成电路芯片。
使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明。
可是题目要求输出10V 以上有效值,而在电子市场很难买到这样的芯片,而且很容易发生工作不稳定的情况。
方案二: 使用分立元件设计后级放大器。
使用分立元件设计困难,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换,在此时看来较集成电路灵活。
因此,我们决定自行设计后级放大器。
2.1电压控制增益的原理 AD603的基本增益可以用下式算出： Gain (dB) = 40 VG + 10 其中，VG 是差分输入电压,单位是V ，Gain 是AD603的基本增益,单位是dB 。
从此式可以看出，以dB 作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。
由此可以得出，只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益，增益步进可以很准确的实现。
但若要用放大倍数来表示增益的话，则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以dB 为单位后再去控制AD603的增益，这样在计算过程中就引入了较大的运算误差。
3.1.1输入缓冲和增益控制部分 如附图1所示，输入部分先用电阻分压衰减，再由低失真度电流反馈放大器AD8009放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到AD8009的电压峰峰值的不超过其极限。
增益控制部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种，如图3-1所示，通频带为90MHz ，增益为-10～+30dB,输入控制电压U 的范围为-0.5～+0.5V 。
放大器AD603模块目录1. 模块功能 (2)2. 工作原理 (2)3. 内部结构 (3)3.1 AD630运放芯片 (3)3.2 TLV5618 DAC芯片 ................................................................ 错误！未定义书签。
4. 放大器AD603电路原理图 (4)4.1放大器AD603模块原理图 (4)4.2放大器AD603模块印制版图（顶层） (5)4.3放大器AD603模块印制版图（底层） (5)4.4放大器AD603模块印制版图（丝印层顶层） (5)4.5放大器AD603模块印制版图（丝印层底层） (5)5. 参考文献 (6)6. 使用方法 (6)7. 测试数据和截图 (7)8. 其他 (7)1. 模块功能AD603是一种具有程控增益调整功能的芯片,是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。
它提供精确的、可由管脚选择的增益，它的增益是线性变化的,且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性,增益变化的范围40dB，增益控制转换比例25mV/dB，响应速度为40dB，变化范围所需时间小于1μs。
AD603内部包含一个七级R-2R梯形网络组成的0dB到-42.14dB的可变衰减器和一个固定增益的放大器，此固定增益放大器的增益可通过外接不同反馈网络的方式改变,以选择AD603不同的增益变化范围。
增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽。
该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。
2. 工作原理AD603内部结构图如图2.1.1所示。
AD603由一个可通过外部反馈电路设置固定增益GF（31.07~51.07）的放大器、0~-42.14dB的宽带压控精密无源衰减器和40dB/V的线性增益控制电路构成。
基于AD603的直流宽带放大器设计直流宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛应用于军事和医用设备等高科技领域上，具有很好的发展前景。
在很多信号采集系统中，经放大的信号可能会超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大倍数，在自动化程度要求较高的场合，需要程控放大器的增益。
AD603是由美国ADI公司生产的压控放大器芯片，具有低噪声、宽频带、高增益精度（在通频带内增益起伏小于等于1dB）的特点。
压控输入端电阻高达50MΩ，在输入电流很小时，片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响较小，适于实现程控增益调节。
故该系统选择AD603为核心实现高增益、低噪声的程控直流宽带放大器。
1系统设计1.1技术指标输入电阻Ri≥50Ω；输入电压有效值Ui≤10mV;带宽0～10MHz,0～9MHz范围内，增益起伏小于等于1dB;程控增益40dB和60dB,以5dB步进；在60dB放大，带载50Ω时，最大输出10V,且无明显失真。
1.2总体设计宽带直流放大器的实现原理框图如图1所示。
该系统主要由宽带运放级联组成，输入信号经由AD603及外围电路构成的放大网络输出，输出增益为36.5dB,带宽15.6M,再由AD811放大，两级可实现40dB增益，在0～10MHz范围内无明显失真。
经AD811放大电路放大的信号再经过AD829实现60dB增益，输出电压有效值10V,信号经过AD829之后进入扩流电路，实现带载50Ω电阻。
单片机mega16通过DAC0832来控制预置增益，编程实现步进增益5dB,实时液晶显示。
图1总体设计框图1.3单元电路分析与参数计算1.3.1前置放大电路分析与设计AD603是一款8引脚的高增益、带宽可调放大器，带宽最大为90MHz.在-1～+41dB 的增益范围内，带宽可达30MHz;在9～51dB的增益范围内，带宽为9MHz.由于带宽增益积的关系，一级AD603无法实现60dB放大，需采取多级级联实现。
程控放大器(ad603)本设计由三个模块电路构成:前级放大电路(带AGC部分)、后级放大电路和单片机显示与控制模块。
在前级放大电路中,用宽带运算放大器AD603两级级联放大输入信号,输出放大一定倍数的电压,经过后级放大电路达到大于8V的有效值输出。
ADUC812的单片机显示、控制和数据处理模块除可以程控调节放大器的增益外,还可以实时显示输出电压有效值。
本设计采用高级压控增益器件,进行合理的级联和阻抗匹配,加入后级负反馈互补输出级,全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。
应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了题目的所有基本和发挥要求。
方案论证与比较1.可控增益放大器部分方案一简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。
为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。
对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。
本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。
此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。
方案二为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。
又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D/A转换芯片,其输出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增益调节,满足题目的精度要求。
它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。
但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV～V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过AD7520衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为1024,与AD7520的衰减分母抵消,即可实现程控放大。
但AD7520对输入范围有要求,具体实现起来比较复杂,而且转化非线性误差大,带宽只有几kHz,不能满足频带要求。
方案三根据题目对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如运放AD603。
其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。
此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB 的增益,两级级联后即可得到40dB以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。
这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
2.后级固定增益部分由两片AD603级联构成的前级放大电路,对不同大小的输入信号进行前级放大。
由于AD603的最大输出电压较小,不能满足题目要求,所以前级放大信号需经过后级放大达到更高的输出有效值。
方案一使用集成电路芯片。
使用集成电路芯片电路简单、使用方便、性能稳定、有详细的文档说明。
可是题目要求输出6V以上有效值,而在电子市场很难买到这样的芯片,而我们买到的如AD811,HA-2539 等芯片,虽然输出电压幅度能满足要求,但是很容易发生工作不稳定的情况。
方案二使用分立元件自行搭建后级放大器。
使用分立元件设计困难,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数,电阻电容可根据需要更换,在此时看来较集成电路灵活。
因此,我们决定自行设计后级放大器。
系统设计1.总体设计思路根据题目的要求,结合考虑过的各种方案,我们认真取舍,充分利用模拟和数字系统各自的优点,发挥其优势,采用单片机预置和控制放大器增益的方法,大大提高了系统的精度和可控性;后级放大器使用由分立元件设计的推挽互补输出放大器,提高了输出电压有效值。
我们使信号都在单片机的数字算法控制下得到最合理的前级放大,使其放大倍数精确。
图2所示即为本系统原理框图。
输入信号通过前级可控增益放大,放大倍数由单片机通过D/A转换提供的电压控制。
AD603的Vg(=V1-V2)根据公式:增益GAIN=40×Vg+20(dB)来设定,而在AGC模式下,此控制电压Vg是由AGC电路的反馈电压得到,不受单片机控制。
经过前级放大后的信号最后经过后级放大得到需要的输出信号,前级和后级增益的搭配,都是经过精确的测量和计算的。
输出电压经峰值检波电路得到,反馈到单片机,经运算和线性补偿得到有效值,同时单片机推动数码管显示出来。
2.主要电路原理分析(1)直流稳压电源本电源采用桥式全波整流、大电容滤波、三端稳压器件稳压的方法,产生各种直流电压,如正负15V,正负5V等都可以买到相应的固定输出的三端稳压芯片,如LM7815、LM7805。
而电子市场上没有我们要求的前级和后级放大器所需要的+10V和+30V固定输出的三端稳压器件,所以我们采用LM317T可变输出的稳压芯片,典型电路图如图3。
交流输入经过电容滤波后的稳定的直流电送到三端稳压集成电路LM317T的Vin端。
LM317T是这样工作的:由Vin端给它提供工作电压以后,它便可以保持其+Vout端比其ADJ 端的电压高1.25V。
因此,我们只需用极小的电流来调整ADJ端的电压,便可在+Vout端得到比较大的电流输出,并且电压比ADJ端高出恒定的1.25V。
在LM317T的ADJ端加一个接地的滤波电容,会使纹波抑制比大幅度地提高,给高频小信号运算放大器提供非常稳定的电源。
二极管的作用是当有意外情况使得LM317T的输入电压比输出电压还低的时候防止从输入端上有电流倒灌入LM317T引起其损坏。
其电源电路见本刊网站。
(2)前级放大器和AGC AD603为单通道、低噪声、增益变化范围连续可调的可控增益放大器。
带宽90MHz时增益变化范围为-11～+3ldB;带宽为9MHz时为9～51dB。
增益变化范围可分三种模式进行控制:当5脚与7脚断开时,增益变化范围为9～51dB,当5脚与7脚短接时,增益变化范因为-11～+3ldB,当5脚与7脚之间接一电阻时,可使增益变化范围进行平移。
AD603的简化原理框图如图4所示,它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。
图中加在梯型网络输入端(VINP)的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。
增益的调整与其自身电压值无关,而仅与其差值Vg 有关,由于控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50MΩ,因而输入电流很小,致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。
以上特点很适合构成程控增益放大器。
为了增大控制范围,我们采取两级AD603级联的方法,如图5所示。
使用AD603制作前置放大器时,主要考虑了共模干扰问题。
前置放大器采用单端输入方式,这时要求运算放大器的另一个输入端与信号输入端阻抗平衡,否则在相位相同的电磁干扰情况下,将产生共模信号输出。
AD603输入阻抗为100Ω,低的输入阻抗将带来如功率、阻抗匹配等若干问题,因此我们在输入前级用三极管搭设了射极跟随器,用以提高输入阻抗。
根据公式:Rin≈βRe,我们取β=150的高频三极管,取Re=1kΩ,使输入阻抗大于150kΩ。
有时由于接收环境的不同、外界干扰的影响,接收到信号的强弱可能变化很大。
特别是传输图像信号时,由于频带宽、电磁干扰严重,不可能无畸变地远距离传输。
当信号较弱时,图像的对比度变小,清晰度差且同步不稳定,无法成像;当信号较强时,会使后级接收端放大器进入饱和区和截止区,导致信号严重失真,而且还会将同步脉冲切割掉,得不到良好的图像。
为了较好地解决这个问题,可使用自动增益控制电路,即AGC电路。
它取出放大器输出的峰值作为增益的控制电压,使最终输出的电压信号保持在某一峰峰值之间,输出较稳定的视频信号。
在图5中,两级AD603可构成具有自动增益控制的放大电路,图中由2N3904和R7组成一个检波器,用于检测输出信号幅度的变化。
由C11形成自动增益控制电压Vagc,流进电容C11的电流为2N3906和2N3904两管的集电极电流之差,而且其大小随第二级AD603输出信号的幅度大小变化而变化,这使得加在两级放大器1脚的自动增益控制电压Vagc随输出信号幅度变化而变化,从而达到自动调整放大器增益的目的。
为了去除50Hz工频干扰和其它低频干扰,我们在两级AD603中作了巧妙的处理,级间加入的串联电容可以与AD603的输入阻抗形成一个高通滤波器,转折频率为1/2πRC,其中R为AD603的输入阻抗100Ω,C为典型的104磁片电容,得结果约15kHz,经测试正好满足衰减3dB起始点为10kHz,从20kHz开始幅频特性曲线平坦的要求。
(3)手动增益预置和控制的实现开环增益手动控制的基本思路是由单片机数字程控,经D/A 转换产生控制输出电压,加到图5中两块AD603的1脚来控制。
我们本想利用ADUC812单片机自带的D/A转换功能,但经实践发现其D/A输出很不稳定,难以滤除,而控制电压要求纹波非常小,否则就会给输出信号带来很大噪声。
故我们改变了设计,考虑使用电阻网络AD7520进行控制,其原理如图6所示。
单片机通过74LS373给AD7520赋值,电阻R0用于调节AD7520的参考电压,从而由AMP1得到D/A结果,再由AMP2幅度搬移至前放所需的控制电压-0.5～+0.5V之间,提供给AD603。
(4)后级放大原理图7为后级放大电路图,它是PSPICE 电路仿真时候的电路图, 可见本电路是一个典型的单电源供电的对称互补电路。
三极管选用的是B649A和D669A高频孪生对管,T1、T2组成前置放大级,T3、T4组成对称输出级。
在输入信号为0时,调整R1的阻值,可以供给三极管适当的偏置,从而使R9和R10间的电位为Vcc/2。
静态时,通常输出点电位为Vcc/2,为了保证电路工作点的稳定性,我们使用R9、R10和C5将输出端和T1、T2输入端相连,以引入负反馈。
晶体管的ft在很大程度上决定了放大器的带宽。
因为有源负载的频率特性和噪声特性较差,因此我们在电路中采用电阻做负载。
使用分立元件制作后级放大器时,在指标允许的情况下,我们尽量降低输入阻抗,以减少空间辐射带来的干扰。
(5)峰值检波电路图8为峰值检波电路。
峰值检波有两种方案,第一种是使用AD637。
AD637真有效值检测器将输出的交流信号取样回来转换为直流,经过单片机的A/D转换后,显示在数码管上。
