一种可编程宽带放大器的设计1 引言
随着微电子技术的发展，宽带放大器在科研中具有重要作用。宽带运算放大器广泛应用于A／D转换器、D／A 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度，电压增值。为此，以可编程增益放大器THS7001和可 变增益放大器AD603为核心，设计一种可编程宽带运算放大器。该电路增益调节范围为-6～70 dB，步进间距为6dB，AGC为60 dB，-3 dB通频带为40 Hz～15MHz。矩阵键盘设置增益值、步进，点阵液晶显示实时电压有效值，人机界面友好，操作简单方便。
2 系统总体设计方案
该系统主要由可控增益放大器、功率放大与峰值检波、单片机显示和控制3大模块组成。其中可变增益放大器以THS7001和AD603为核心。单片机控制 THS7001实现增益粗调，并通过D／A转换控制AD603实现增益细调，从而使总增益在- 6～70 dB的宽频带范围内线性变化。前置放大器采用由宽带电压型反馈运放THS4011构成的射极跟随器，可有效提高输入电阻；后级功率放大器采用电流型反馈运 放AD811，提高系统带负载能力。由二极管峰值检波电路测量峰值，并通过A／D转换、D／A转换实现自动增益控制。通过键盘手动预置增益值，LCD实时 显示预置增益值并输出有效值。其系统总体设计框图如图1所示。3 器件选型及理论分析
3．1 输入级电路运放选型
由于该电路噪声主要取决于第一级放大器。所以选择第一级运放成为决定噪声大小的关键。电压反馈型(VFB)运算放大器具有同相和反向输人端阻抗基本相同 (均为高阻)，低噪声，更好的直流特性，增益带宽积为常数。反馈电阻的取值自由等特点：而电流反馈型(CFB)运算放大器则具有同相输入端为高阻阻，反向 输入端为低阻抗，带宽不受增益影响，压摆率更快，反馈电阻的取值有限制等特点。由此看出，CFB放大器适用于那些需要压摆率快、低失真和可设置增益而不影 响带宽的电路；而VFB放大器则适用于那些需要低调电压、低噪声的电路。因此选用电压反馈型运放THS4011作为前级输入。THS4011是一款高速低 噪声运算放大器，其带宽为290 MHz，压摆率为310 V／μs，输入噪声为3．2 峰值检波电路
峰值检波电路由二极管电路和电压跟随器组成。其工作原理：当输入电压正半周通过时，检波管 VU2导通，对电容C1、C2充电，直到到达峰值。三极管的基极由FPGA控制，产生1Oμs的高电平使电容放电，以减少前一频率测量对后一频率测量的影 响，提高幅值测量精度。其中Vu1为常导通，以补偿VU2上造成的压降。适当选择电容值，使得电容放电速度大于充电速度，这样电容两端的电压可保持在最大 电压处，从而实现峰值检波。
该电路能够检测宽范围信号频率，较低的被测信号频率，检波纹波较大，但通过增加小电容和大电容并联构成的电容池可滤除纹波。而后级隔离，则增加由OPA277构成的射极跟随器，如图3所示。4 系统软件设计
4．1 程序部分设计
系统软件设计遵循结构化和层次化原则，由一个主程序及若干子程序构成。主程序通过调用子程序控制子程序间的时序，从而使整个程序正常运行。系统软件设计部 分由单片机和FPGA组成。单片机主要完成读取键值、控制增益和显示功能。而FPGA则作为总线控制器，管理键盘、液晶和A／D转换器与单片机之间的数据 交换。以Ouartus II 7．2为设计环境，用Verilog HDL硬件描述语言编程，完成各功能模块的设计，并仿真测试设计好的各个模块，再将各个模块相互连接。程序以按键中断为主线，以各项功能为分支，图4为程 序流程。4．2 FPGA部分设计
FPGA主要完成A／D、D／A转换器的串并转换。采用12位D／A转换器TLV5618，该器件是串行接口，大大节约系统端口资源，但MCU的P0、 P2端口是并行口，与串行器件的时序匹配较复杂，用静态口P1端口模拟串行口时序又会占用MCU很多处理时间，影响系统效率。
为使MCU对串行器件操作简单，把串行时序在FPGA中用状态机描述，同时该控制状态机又对MCU提供P0口、CS、WR的微机标准时序接口形式，这样MCU只需选中相应地址，就可写入所要得到的电压数据，状态机会完成串并转换。
以串行接口时序将数据写入器件并锁存，与写IO端口操作一样简单方便，而D／A转换器模块的输出端既可得到相应输出电压，又达到控制增益的目的。
AGC部分采用循环结构，将A／D转换采样得到的数据与预设值循环相比较，再通过D／A转换控制增益倍数，从而实现自动增益控制。5 测试方案及测试数据
该系统使用专门的测试仪器，包括单片机仿真器、双踪示波器、PC机、多功能函数信号发生器和交流电压表等。调节输入信号的幅值和频率，结合示波器，测试宽 带放大器的增益范围以及通频带。测试结果表明，宽带放大器总增益调节范围为-6～70 dB。-3 dB通频带为40 Hz～15 MHz。将输入信号频率同定，改变输入电压幅值。记录输入电压和输出电压的最大值和最小值。结果表明，AGC动态范围大于60 dB。将输入端短接，设置不同的电压放大倍数，测量输出电压。结果表明，输出电压噪声小于300 mV。6 结束语
宽带放大器以可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603为核心，利用数字技术实现增益的步进和预置。总增益范围为-6～70 dB，通频带为40．Hz～15 MHz，AGC动态范围达到60 dB。前置放大器采用低噪声电压反馈型运放THS4011，大大提高输人电阻。后级功率放大采用电流型反馈运放AD811，有效提高系统的带负载能力。系 统采用多种抗干扰措施，并结合软件修正，实现较高的精度，具有良好的噪声，线性性能以及较低的功耗。系统界面友好，操作简单，经测试已投入应用。
单电源双运放怎么选型? 电压5V,工作频率110Hz,输入电压0.7-1.5V,噪声越小越好
集成运算放大器参数与参数符号
第1章 通用运算放大器
LH0021/0021C 多片式通用功率运算放大器
LH0041/0041C 多片式通用功率运算放大器
LM10/10B具有电压基准的通用运算放大器
LM101A外补偿通用运算放大器
LM107通用运算放大器
LM108超β管输入外补偿通用运算放大器
LM124 四单电源通用运算放大器
LM148 四通用运算放大器
LM158 双单电源通用运算放大器
MC1437/1537 双对称通用运算放大器
MC1456/1556 通用运算放大器
MC1458 双通用运算放大器
MC3303 四通用运算放大器
MC4558 双通用运算放大器
OP02/02A/02C/02D 通用运算放大器
OP04/04A/04B/04C/04D/04E 双对称高性能通用运算放大器
OP07/07A/07C/07D/07E 超低失调高精度运算放大器
OP14/14A/14C/14D/14E 双对称高性能通用运算放大器
μA709/709A/709C 外补偿通用运算放大器
μA741/741A/741C/741E 通用运算放大器
第2章 高精度运算放大器
AD8615/16/18 精度为20MHz CMOS线到线输入/输出运算放大器
ALD2724E/2724 双精度高转换速率CMOS运算放大器
LMP2011/12 高精度，线到线输出运算放大器
LT1013双高精度运算放大器
LT1014 四高精度运算放大器
LTC1052 斩波稳零高精度运算放大器
LTC7652CCMOS 斩波稳零高精度运算放大器
OP17A/17B 精密JFET输入运算放大器
OP27A/27B 低噪声高精度运算放大器
OP42A/42E/42F 高速快建立时间精密JFET输入运算放大器
OPA734 0.05μV/℃单电压CMOS运算放大器
TL2652CMOS斩波稳零高精度运算放大器
TL2654/2654A CMOS斩波稳零高精度运算放大器
THS4304 低失真5V 单电源宽带运算放大器
μA714/714C/714E 高精度运算放大器
μA725 高精度运算放大器
第3章 低噪声运算放大器
AD8099 低噪声低失真高速运算放大器
LT1007/1007A 低噪声高精度运算放大器
LT1037/1037A 低噪声高精度运算放大器
OPA725 非常低噪声，高速12V CMOS 运算放大器
第4章 高速运算放大器
AD507J/507K/507S 高速宽带运算放大器
AD509J/509K/509S 高速宽带运算放大器
HA2510/2512/2515 高速运算放大器
HA5101 高精度运算放大器
HA5111 外补偿高精度运算放大器
LH0002/0002C 高速电流放大器（电压跟随器）
LH0063/0063C 高速宽带JEET输入电压跟随/缓冲放大器
LM6161/6261/6361 高速运算放大器
LMF118/218/318 外补偿高速运算放大器
LT1055/1055A/1055C 精密高速JFET输入运算放大器
MC1436/1536 高压运算放大器
MC1439/1539高速运算放大器
第5章 宽带运算放大器
200MHz 低功率电流反馈放大器
HA2541 宽带高速快建立时间运算放大器
HA2600/宽带运算放大器
LMH6628 双宽带、低噪声电压反馈运算放大器
LMH6657 单电压，单和双放大器
LMH6682单电压，双和三运算放大器
LMH6702 1.7G 超低失真，宽带运算放大器
LMH6703 1.2G 低失真运算放大器
LMH6723/24/25 单/双四芯线组370MHz 1mA 电流反馈运算放大器
LMH6738宽带，低失真三倍运算放大器
线到线输出1.1nV/Hz,3.5mA运算放大器
线到线运算放大器
MIC920 80MHz 低功率SC-70 运算放大器
MIC921 45MHz 低功率SC-70 运算放大器
MIC922 230MHz 低功率SC-70 运算放大器
MIC923 410MHz 低功率SC70 运算放大器
宽带，电压反馈运算放大器失真
宽带，电流反馈运算放大器失真
微调20MHz，高精度CMOS运算放大器
……
第6章 低功耗运算放大器
第7章 其他运算放大器
推荐你用 美国国家半导体公司近年推出的型号为 LM4562的高保真双运放，其失真超小，仅有0.00003%的总谐波失真及噪声（THD+N），换言之，这款运算放大器的失真几乎可以忽略不计。
LM4562芯片具有极低失真率、低噪声、高转换速率、很宽的工作电压范围以及较大输出电流等优点，性能之高是前所未有的。由于这款运算放大器具有这些优点，因此适用于专业级及高端的音频系统，如音像系统接收器、前置放大器、音频解码器和高保真功放以及各种医疗成像系统及工业设备。
LM4562芯片的设计非常独特，不但内置高速的6MHz单位增益带宽运算放大器，而且另外还加设了一个专有的立体声音频驱动放大器，后者更是整套音频系统的关键电路，其具备了信号调节功能，确保音频系统可以发挥卓越的音响效果。标准工作状态下，这款运算放大器的输入噪声密度低至2.7nV/√Hz，中频的噪声转角 (noise corner) 达60Hz，输出电流达26mA，可驱动600Ω的负载。LM4562芯片的转换速率达20V/μs，增益带宽积高达55MHz。
LM4562芯片可以在±2.5V至±17V之间的供电电压范围内保持工作稳定，最大输出电流高达45mA。该款芯片在上述的供电电压范围内操作时，其输入电路的共模抑制比(CMRR)及电源抑制比(PSRR)都高达108dB以上，而输入偏置电流则低至10μA(典型值)。在输出级的全力支持下，LM4562运算放大器的音频功能可以得到充分的发挥。
LM4562运算放大器即使驱动高达100pF的容性负载，也可充分发挥其性能。这款芯片设有可抑制开关/切换噪声的静音功能，可使放大器的输出降低至等同静态电流，对节省用电很有帮助。此外，这款芯片也设有过热保护及输出短路等保护功能。
