基于AD8304对数放大器的高精度光功率计的设计

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 放大器非线性失真研究装置设计与测试臧竞之　李希平杭州广安汽车电器有限公司 浙江省杭州市 311402摘 要： 基于STM32F334单片机设计制作的一个放大器非线性失真研究装置。

该设计采用晶体管放大电路将信号源放大，使用四双向模拟开关（CD4066BM）做模拟开关，利用单片机自带ADC采集电压变化，用FFT 算法实现的低频谐波失真度的测量。

使用THD的计算公式计算出线性放大器的“总谐波失真”近似值。

通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度并且可以通过按键进行波形选择。

关键词：STM32F334单片机　晶体管　ADC采集　FFT算法1　系统方案论证1.1　方案描述信号源输出频率为1kHZ、峰峰值为20mV的正弦波，通过晶体管放大电路放大到峰峰值不小于2V，频率为1kHZ的无明显失真正弦波形，顶部失真波形，底部失真波形，双向失真波形，交越失真波形这5种波形[1]。

通过ADC采集电压变化，用FFT算法实现的低频谐波失真度的测量，使用THD计算公式计算出非线性失真的输出的“总谐波失真”近似值。

通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度。

如图1所示。

1.2　方案比较与选择1.2.1　失真度测量方法的比较与选择方案一：失真度计以模拟法为基础，采用基于基波抑制原理的基波抑制方法，通过频率选择性无源网络抑制基波，并从抑制基波后的总均方根电压和均方根谐波电压中计算失真度，基波抑制法构成的失真度测量仪可以解决频率范围为100Hz～10KHz、失真度为1×10-5～100％的总体谐波失真测量，测量准确度为±5％～±30％左右，测量较为方便。

方案二：采用快速傅立叶变换（FFT）算法对量化后的信号进行处理，得到基波和各次谐波的电压，从而计算出失真度[2]。

为了提高非整周期采样条件下失真度测量的精度，可以采用准同步法对被测信号的基波和谐波电压进行精确测量。

AD8307型对数放大器及其应用摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。

仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

关键词：Butte摘要：AD8307是一款基于连续压缩技术的完全单片500 MHz解调对数放大器，该对数放大器提供92 dB的动态范围，即使在高达100 MHz的频率下仍能提供误差为±l dB的88 dB动态范围。

AD8307输出电压斜率为25 mV／dB(截止点为-84 dBm)。

介绍AD8307的基本结构、功能特性及其在超声波回波接收电路中的应用以及相应抗干扰措施。

关键词：对数放大器；AD8307；解调；25 mV／dB；超声波回波信号处理领域中，一些信号具有宽泛的动态范围，比如雷达、声纳等系统中，需处理的信号动态范围达到120 dB以上：超声波回波接收器前端电压也可从“μV”级到“V”级。

而宽泛的动态范同往往给应用设计带来诸多问题。

实际应用设计都会对所处理信号进行非线性压缩，而大多采用对数放大器实现非线性压缩。

该放大器可使输出信号和输入信号的包络成对数比例，并对信号动态范围的压缩无需像AGC系统耶样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号大小成反比，可广泛应用于通信、雷达、超声、电子对抗等领域。

这里给出AD8307型对数放大器及其应用。

1 对数放大器AD8307简介对数放大器的主要功能是计算某个输入信号包络的对数。

AD8307是8引脚SOIC_N封装的，基于连续压缩技术的完全单片500 MHz解调对数放大器。

该对数放大器能够提供92 dB的动态范围，即使在高达100 MHz的频率下仍能提供88 dB动态范围，其误差为±1 dB，而且电路中无需实质意义的外部元件。

一种适于Sigma-Delta ADC的高增益放大器的设计田海燕; 李斌; 廖春连【期刊名称】《《计算机测量与控制》》【年(卷),期】2019(027)010【总页数】5页(P268-272)【关键词】放大器; 共源共栅; 增益增强; 共模反馈; 斩波技术【作者】田海燕; 李斌; 廖春连【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050000【正文语种】中文【中图分类】TN4920 引言作为模拟电路和数字电路的中介，模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)在现代信息领域中发挥着重要应用。

近年来，对ADC的性能提出了更高的要求，随着数字信号处理技术的发展，高分辨率的模数转换器越来越受到青睐。

Sigma-Delta模数转换器凭借过采样和噪声整形技术成为高精度模数转换器，在信号处理系统中作为重要的单元。

因此，实现Sigma-Delta 模数转换器的高精度、高性能、高性价比具有很好的研究价值和现实意义。

尽管近年来我国在IC产业投入较多，Sigma-Delta转换器水平有所提高，但是相比国外，我们仍然有很大差距。

预计在未来几年，Sigma-Delta ADC还是会呈稳步增长的趋势，所以我国在ADC方面的发展仍有很大的必要性和重要性。

在Sigma-Delta ADC的采样保持电路中，运算放大器是其中一个重要的部分，其性能好坏直接影响着整个ADC的性能。

本文重点分析和设计用于Sigma-Delta ADC电路中的第一级运算放大器。

设计一种宽带宽和高增益的运放是非常困难的，在以前技术中，已经有很多策略来解决这个问题，例如使用cascode，三重cascode和多阶段架构，但是还是存在着各种各样的问题。

Bult.K.等人提出增益增强结构有效提高运放增益，这一方法能够在不影响带宽的前提下有效提高放大器的性能[1]。

在增益增强技术中，速度、精度和功耗之间存在着动态平衡，使其成为在设计高分辨率和高速ADC时被应用的重要原因。

基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制电路设计红外技术作为一种发现、探测和识别目标的重要手段在军民两用技术中有着广泛的应用，非制冷红外焦平面阵列技术的发展极大地提高了系统的性能。

非制冷红外热像仪采用的是不需要制冷的热探测器焦平面阵列，利用红外辐射使焦平面上敏感像元的温度改变，从而使电阻随之改变，来探测目标的温度特性。

所以，只有尽可能地保证焦平面阵列中各敏感像元自身基准温度稳定且一致，才能够提高热像仪的探测灵敏度，减小系统后期非均匀性校正的难度，最终从根本上提高热像仪的探测灵敏度，改善热像仪的成像性能。

目前，在实际的非制冷红外焦平面阵列探测器中采用半导体热电制冷器(TEC)来稳定基准温度。

在此着重介绍一种基于ADN8830的高性能TEC温度控制电路及其PID补偿网络的调节方法。

1 温度控制电路设计TEC(Thermo Electric Cooler)是用两种不同半导体材料(P型和N型)组成PN结，当PN结中有直流电通过时，由于两种材料中的电子和空穴在跨越PN结移动过程中的吸热或放热效应(帕尔帖效应)，就会使PN结表现出制冷或制热效果，改变电流方向即可实现TEC的制冷或制热，调节电流大小即可控制制热制冷量输出。

利用TEC稳定目标温度的方法如图1所示。

图1中第一部分是温度传感器。

这个传感器是用来测量安放在TEC端的目标物体的温度。

期望的目标物体温度是用一个设定点电压来表示，与温度传感器产生的代表实际目标物体温度的电压通过高精度运算放大器进行比较，然后产生误差电压。

这个电压通过高增益的放大器放大，同时也对因为目标物体的冷热端引起的相位延迟进行补偿，然后再驱动H桥输出，H桥同时控制TEC电流的方向和大小。

当目标物体的温度低于设定点温度时，H桥朝TEC致热的方向按一定的幅值驱动电流；当目标物体的温度高于设定点温度时，H桥会减少TEC的电流甚至反转TEC的电流方向来降低目标物体温度。

当控制环路达到平衡时，TEC的电流方向和幅值就调整好了，目标物体温度也等于设定的温度。

讲座F o r u m对数放大器的典型应用宽动态范围放大器对数放大器的特点是在提供大动态范围同时能突出成本优势。

在移动通信系统中，ＣＤＭＡ和ＧＳＭ都需要调节基站的功率输出，以匹配目标手机和本地基站对通讯距离的要求。

近可能的减少基站近处手机过载的可能性。

同样，基站也需要调节接收信道的增益，从而加大信噪比，降低误码率。

此类大量的对数放大器应用于ＲＳＳＩ（接收信号的强度指示）和发射功率控制场合。

在某些无线电接收通道中的中频放大器设计，也可采用对数放大器。

例如单片　ＡＤ８３０７可完成信号接收解调功能，前端进行适当的频率比配后动态范围可达９２ｄＢｍ。

若前端配合低噪声Ｘ－ＡＭＰ技术的放大器，动态范围更可高达１２０ｄＢｍ，无须外部温度补偿，元件少，电路非常简洁。

值得注意的是由于对数放大器的实质是完成输入输出信号的对数变换。

并不强调其放大器的放大器能力，因此对数放大器的检波输出电压一般不能满足后续处理电路的门限电压要求，通常采用高带宽增益积的运放对经过对数变换后的信号做进一步的放大。

对于标称的１０％￣９０％电压上升时间是否可调的问题，应当说如果输出不带缓冲，则上升时间可通过外部电路来调节。

若输出信号已经是经过缓冲以后的信号，则１０％￣９０％电压上升时间是不可调的。

如图４所示。

另外对数放大器输入输出呈对数关系，对于大信号而言无须类似ＡＧＣ的外部控制电路，使得对数放大器在光纤通信方面有着可喜的前景。

例如光通信系统应用中的功率监控，包括激光控制电路、光开关、衰减器、放大器等场合，传统解决方案要求采用成本较高的带切换增益互阻放大器前端的数字信号处理电路。

如采用双对数变换器ＡＤＬ５３１０则大大简化了掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）、可变光衰减器（ＶＯＡ）和光分插复用器（ＯＡＤＭ）的控制环路的设计，ＡＤＬ５３１０包含两个独立的信号通道以便与光电二极管相连，允许为每个通道独立配置传递函数常数（斜率和截距）。

其对数变换能力允许对差分信号进行测量以便计算增益或吸收率。

本科课程设计题目：宽带程控放大器姓名卢少林学号2008130330院（系）物理与信息科学学院电子系专业、年级电子信息科学与技术 2008级指导教师朱晋二○一一年十月概要本设计是采用AD603可控增益放大器芯片设计的一款高增益，高宽带直流放大器，采用两级级联放大电路了，提高了放大增益，扩展了通频带宽，而且具有良好的抗噪声系数，采用AT89S52芯片控制数模转换(DAC0832芯片)进行程控放大控制，在0—20MHz频带内，放大倍数在0-40dB之间进行调节，增益起伏为1dB。

系统具有键盘输入预置，增益可调和液晶显示，具有很强的实际应用能力。

关键词：AD603,AT89S52,DAC0832，宽带直流放大器，程控放大器，高增益放大器系统方案框图设计原理：本设计采用模块化组合而成，共有十个模块，各模块的分析如下所示，采用模块分析的原因是便于检测，容易对系统进行进一步的改进与研究。

小信号（10MHz ，50mV ）从函数发生器进入信号输入，经衰减50倍后被送入AD603进行放大处理，然后送入AD811功率放大外加20欧姆的负载电阻，AD603的放大倍数由单片机AT89S52芯片经过D/A 模数转换模块，控制电压转换模块控制，放大倍数有键盘输入，并在1602液晶上显示出来，函数信号发生器输出的信号和系统输出信号分别通过峰值检波电路，将信号的峰值读入单片机中，并在1602液晶上显示出来，以便于验证实验的正确性。

信号输入衰减电路由于函数信号发生器产生的小信号经过信号线输出到电路输入端的过程中，由于环境干扰可能导致干扰信号的幅度较输入信号的幅度还大，从而导致程控放大器不能正常工作，因此本实验增加了高宽带的衰减电路，衰减幅度是50倍，使函数信号发生器产生较大的信号，经过衰减电路进入系统中，能够有效的减小干扰而使程控放大器正常工作。

本实验采用OPA642芯片作为衰减电路的核心，OPA642具有高宽带，抗干扰能力强等优点，能够很好保证电路的性能指标。

AD8302幅相检测电路选用AD8302的原因：AD8302将测量幅度和相位的能力集中在一块集成电路内，使原本十分复杂的幅相检测系统的设计简化，而且系统性能得到提高。

据此设计的幅相检测电路在试验中性能良好。

AD8302的原理AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位测量的单片集成电路，主要由精密匹配的两个宽带对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等部分组成，能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差，在进行幅度测量时, 其动态范围可扩展到60dB , 而相位测量范围则可达180 度。

此外，该器件还有以下特点：对于50Ω的测量系统, 其输入范围为-62dBm～-2dBm；精确幅度测量比例系数为30mV/ dB；精确典型值小于0. 5dB；精确相位测量比例系数为10mV/度。

AD8302引脚如图1所示。

图1AD8302主要有测量、控制器和电平比较器三种工作方式，但其主要的功能是测量幅度和相位。

其幅度、相位测量方程式为：l o g (/)M A G S L P I N A I N BV V V V = [()()]P H S I N A I N BV VV V Φ=Φ-Φ 其中，IN A V 和IN B V 分别为A 、B 两通道的输入信号幅度，S L P V 为斜率,M A G V 为幅度比较输出；()IN B V Φ与()IN A V Φ分别为A 、B 两通道的输入信号相位，V Φ为斜率，P H S V 为相位比较输出。

图1所示为AD8302的测量模式连接电路。

当芯片输出管脚M A G V 和P H S V 直接跟芯片反馈设置输入管脚MSET 和PSET 相连, 芯片的测量模式工作在默认的斜率和中心点上(精确幅度测量比例系数为30mV/ dB ,精确相位测量比例系数为10mV/ 度)。

图1在低频条件下, 对幅度和相位进行测量的方程式如下:l o g (/)M A GF S L P I N A I N B C PVR L V V V =+(()()90)P H S F I N A I N B C PV R I V V V ︒Φ=-Φ-Φ-+ 在幅度测量方程中,F SLP R L 代表的斜率为600mV/度或30mV/dB ，在中心点900mV处，其增益为0dB ，-30dB ～-30dB 的增益范围对应于0～1.8V 的输出电压范围；而在相位测量方程中，F R I Φ代表的斜率为10mV/度, 中心点900mV 所对应的相位为90度,0～180 度的相位范围对应于1.8～0V 的输出电压范围。

2015 年全国大学生电子设计竞赛全国一等奖作品设计报告部分错误未修正，软件部分未添加竞赛选题：数字频率计（F 题）摘要本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用P CB 制版，进一步减小误差。

AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。

频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。

闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。

经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。

关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法目录摘要 (1)目录 (2)1. 系统方案 (3)1.1. 方案比较与选择 (3)宽带通道放大器 (3)正弦波整形电路 (3)主控电路 (3)参数测量方案 (4)1.2. 方案描述 (4)2. 电路设计 (4)2.1. 宽带通道放大器分析 (4)2.2. 正弦波整形电路 (5)3. 软件设计 (6)4. 测试方案与测试结果 (6)4.1. 测试仪器 (6)4.2. 测试方案及数据 (7)频率测试 (7)时间间隔测量 (7)占空比测量 (8)4.3. 测试结论 (9)参考文献 (9)1. 系统方案1.1. 方案比较与选择宽带通道放大器方案一：OPA690 固定增益直接放大。

由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器 OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。

对于输入的正弦波信号，经过 OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。

方案二：基于 VCA810 的自动增益控制（AGC）。

AD8307型对数放大器及其应用摘要：AD8307是一款基于连续压缩技术的完全单片500 MHz解调对数放大器，该对数放大器提供92 dB的动态范围，即使在高达100 MHz的频率下仍能提供误差为±l dB的88 dB动态范围。

AD8307输出电压斜率为25 mV／dB(截止点为-84 dBm)。

介绍AD8307的基本结构、功能特性及其在超声波回波接收电路中的应用以及相应抗干扰措施。

关键词：对数放大器；AD8307；解调；25 mV／dB；超声波回波信号处理领域中，一些信号具有宽泛的动态范围，比如雷达、声纳等系统中，需处理的信号动态范围达到120 dB以上：超声波回波接收器前端电压也可从“μV”级到“V”级。

而宽泛的动态范同往往给应用设计带来诸多问题。

实际应用设计都会对所处理信号进行非线性压缩，而大多采用对数放大器实现非线性压缩。

该放大器可使输出信号和输入信号的包络成对数比例，并对信号动态范围的压缩无需像AGC系统耶样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号大小成反比，可广泛应用于通信、雷达、超声、电子对抗等领域。

这里给出AD8307型对数放大器及其应用。

1 对数放大器AD8307简介对数放大器的主要功能是计算某个输入信号包络的对数。

AD8307是8引脚SOIC_N封装的，基于连续压缩技术的完全单片500 MHz解调对数放大器。

该对数放大器能够提供92 dB的动态范围，即使在高达100 MHz的频率下仍能提供88 dB动态范围，其误差为±1 dB，而且电路中无需实质意义的外部元件。

AD8307采用2．7～5．5 V、7．5 mA的单电源供电，低功耗，3 V时功耗仪为22．5 mW。

图l为AD8307的内部功能原理框图，该器件主要由6个放大限幅级组成，每级具有14．3 dB的增益和900 MHz的小信号带宽，总增益量86 dB，-3 dB带宽为500 MHz。

整个动态范围由6个放大限幅级及与其相连的gm型全波检波器和置于无源衰减器14．3 dB抽头的3个顶端检测器共同实现。