基於任意波形發生的寬帶同相放大電路的製作方法
2023-10-17 21:43:04 2
基於任意波形發生的寬帶同相放大電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，包括第一選擇通路和第二選擇通路；第一選擇通路，負責將輸入信號直通輸出；第二選擇通路，負責將輸入信號進行放大處理後輸出，包括並聯連接的多路同相放大電路，多路同相放大電路的輸入端連接有輸入阻抗，多路同相放大電路的輸出端連接有通道電阻；輸入信號和來自前端的偏置控制信號共同加到多路同相放大電路上。本發明採用多片高速電流反饋放大器晶片，通過阻抗匹配、多路並聯放大、波形同相位累加作用於同一個負載上，達到同相電流累加，最終使得輸出信號的幅度達到所需的要求，輸出信號的直流偏置可控。
【專利說明】基於任意波形發生的寬帶同相放大電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於任意波形發生的寬帶同相放大電路。
【背景技術】
[0002]任意波形發生器是ー種多用途的信號激勵源，廣泛應用於雷達、通信、控制、測量等各個領域。隨著電子技術的高速發展，任意波信號發生技術向高採樣速率、大帶寬方向發展。在任意波形發生器中，數位訊號經過數模轉換器後得到模擬信號，然後進行信號調理，即對得到的模擬信號進行可控增益放大、衰減、直流偏置控制處理。其中，可以通過n形衰減器網絡來實現可控増益，由於高速運放帶寬越大増益越小，其輸出幅度相應變小，因此為了滿足大帶寬範圍的輸出幅度要求，可以採用多路同相放大設計方案，如果信號幅度較小，則信號可以直通輸出，如果信號幅度較大，則通過多路同相放大器對信號進行放大處理，得到所需的幅度值。此外，通過串ロ模數轉換器輸出電壓控制多路同相運算放大器的偏置電壓來控制輸出信號的直流偏置電壓，通過上述方法就可以實現増益、幅度以及直流偏置均可控。
[0003]目前任意波形信號調理電路中放大電路主要有兩種:一種是採用專用集成晶片來實現；另ー種是採用通用寬帶運算放大晶片實現，在高帶寬下，輸出幅度不高。
[0004]在現有儀器設備中，國外Tektronix公司的AWG70000任意波形發生器處於國際領先水平，50GSa/S高採樣速率、20G帶寬。AWG7122C任意波形發生器處於國際領先水平，24GSa/S高採樣速率、9.6G帶寬，兩系列產品都採用專用集成晶片實現；國內公司的成熟任意波形發生器帶寬不超過500MHz，寬帶輸出的波形幅度不高。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中函數發生器和任意波形發生器存在高帶寬下信號增益不高、信號輸出幅度較低的技術問題，本發明提出了一種基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其採用如下技術方案:
[0006]基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，包括供輸入信號直通輸出的第一選擇通路和對所述輸入信號進行放大處理後輸出的第二選擇通路；
[0007]第二選擇通路，包括並聯連接的多路同相放大電路，多路同相放大電路的輸入端連接有輸入阻抗，多路同相放大電路的輸出端連接有通道電阻；
[0008]每路同相放大電路包括一個運算放大器，運算放大器的反相輸入端連接有反相端輸入電阻，在運算放大器的反相輸入端和運算放大器的輸出端之間設置有反饋電阻，運算放大器的輸出端連接有合路電阻；所述輸入信號和來自前端的偏置控制信號共同從各運算放大器的同相輸入端輸入。
[0009]進ー步，所述運算放大器的同相輸入端連接有串聯高頻抑制電阻，輸入信號和來自前端的偏置控制信號經過所述串聯高頻抑制電阻，所述運算放大器的型號為THS3201。
[0010]進ー步，所述偏置控制信號為電壓信號，來自前端上位機所控制的數模轉換器，該偏置控制信號為正電壓信號或負電壓信號。
[0011]進ー步，所述通道電阻，由多片相同的串聯連接的通道子電阻組成。
[0012]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0013]本發明採用多片高速電流反饋放大器晶片，通過阻抗匹配、多路並聯放大、波形同相位累加作用於同一個負載上，達到同相電流累加，最終使得輸出信號的幅度達到所需的要求，另外由於輸入信號和偏置控制信號是共同加到多路同相放大電路上的，使得輸出信號的直流偏置可控；基於高速電流反饋放大器具有的寬帶、高轉換速率和増益與帶寬獨立的特性實現任意波形器的信號調理設計，其放大輸出信號的増益受帶寬影響小，平坦度好，利用多路同相放大電路實現波形累加和電流的累加求和設計，利於提高高頻信號増益，帶內頻響特性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明基於任意波形發生的寬帶同相放大電路的電路結構圖，圖中示出了四路同相放大電路並聯連接的情形；
[0015]圖2為圖1中輸入信號合路放大框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發明作進ー步詳細說明:
[0017]結合圖1、圖2所示，基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，包括兩路開關選擇通路，即第一選擇通路和第二選擇通路。在第一選擇通路和第二選擇通路的輸入端設置第ー繼電器開關D1，在第一選擇通路和第二選擇通路的輸出端設置第二繼電器開關D2，第一繼電器開關Dl和第二繼電器開關D2均為ニ選一開關並由上位機控制。
[0018]當要求的輸出信號幅度較小時，上位機控制第一繼電器開關Dl和第二繼電器開關D2接通第一選擇通路，輸入信號Vin經過該第一選擇通路直通輸出，此時第二選擇通路斷開；當要求的輸出信號幅度較大時，上位機控制第一繼電器開關Dl和第二繼電器開關D2接通第二選擇通路，輸入信號Vin經過該第二選擇通路放大處理後輸出，使得輸出信號Vott的波形達到所需的幅度值，此時第一選擇通路斷開。
[0019]第二選擇通路，包括並聯連接的多路同相放大電路，多路同相放大電路的輸入端連接有輸入阻抗も，與前端電路阻抗相匹配，輸入阻抗も的取值由前端阻抗特性決定，輸入阻抗も的另一端接地，多路同相放大電路的輸出端連接有通道電阻R2，通道電阻R2作為負載電阻的一部分，由於合路後電流較大，在滿足阻抗匹配的情況下採用多個串聯連接的通道子電阻的方式能夠有效降低單片電阻上的壓降及功耗，降低電路失效率。
[0020]每路同相放大電路包括一個運算放大器，優選地，該運算放大器採用型號為THS3201的高速電流反饋放大器。運算放大器的反相輸入端連接有反相端輸入電阻Re，反相端輸入電阻Re的另一端接地，在運算放大器的反相輸入端和運算放大器的輸出端之間設置有反饋電阻Rf，運算放大器的輸出端連接有合路電阻R1，作為負載電阻的一部分，使信號電壓轉換為電流實現合路並滿足阻抗需求，輸入信號從各運算放大器的同相輸入端輸入；同時在各運算放大器的同相輸入端還有來自前端的偏置控制信號Vwfset輸入，使得輸出信號Vott的直流偏置可控，具體的，該偏置控制信號為電壓信號，來自於前端上位機所控制的數模轉換器，該偏置控制信號為正電壓信號或負電壓信號，偏置電壓的最小步進值取決於數模轉換器參考電壓值及數據端的位數和放大器増益。
[0021]優選地，運算放大器的同相輸入端連接有串聯高頻抑制電阻Rs，輸入信號和來自前端的偏置控制信號經過所述串聯高頻抑制電阻。串聯高頻抑制電阻Rs的設置能夠有效降低高頻信號放大時出現的峰化現象以及由其引起的増益平坦度惡化和運放的不穩定性。
[0022]本發明實施例中，多路同相放大電路採用四路同相放大電路，然而本實施例僅僅是對本發明的示例性說明，本發明中的多路同相放大電路還可以是兩路、三路、五路或六路
坐坐寸寸o
[0023]以四路同相放大電路為例進行說明。本發明採用四路同相放大電路同相位合成放大，通用運算放大器晶片型號為THS3201，電源正負差值15V，高壓擺率(SR) 6700V/ y S，根據公式SR > 2 VpF (F為輸出信號頻率，Vp為輸出信號幅度)，可以看到高壓擺率能有效提高高頻信號的輸出幅度，典型源電流115mA，吸電流100mA，信號經過THS3201放大器的同相輸入端輸入，單個運算放大器增益為:
[0024]Vdqut-Vin* ( Rf+Fg ) /Rg ；
[0025]四路同相放大電路的合成信號最終輸出:
[0026]Vout-Vdout5I=R 負載 / (R 負載 +Ri/4+R2)；
[0027]採用四路同相放大電路同相放大可以有效提高輸出電流，提高驅動能力，使輸出イ目號幅度有效提尚。
[0028]在任意波形發生器中，輸出波形在高負載阻抗(如IMQ )阻抗情況下為負載阻抗(如50 Q )情況下2倍，得到理論公式:
[0029]V4+R2 = R 負載；
[0030]其中合路電阻R1為各單片運算放大器輸出端的串接電阻，通道電阻R2為四路同相放大電路的共同負載，根據片狀電阻工作的可靠性要求考慮R1取值較小，同時R/4要小於負載阻抗，通道電阻R2為四路同相放大電路電流合路負載電阻，工作電流較大，考慮到電阻可靠性要求通道電阻民儘量取值小，因此通道電阻R2可以採用多片相同的通道子電阻串聯連接的方式。例如，當通道電阻R2由四片串聯連接的通道子電阻組成時，在50Q的輸出阻抗情況下，即Ri/4+民=50，根據放大器THS3201的放大曲線，可以選取R1為68.1 Q，得到通道電阻R2 = 33 Q，則每個串聯通道子電阻為8.25Q。
[0031]當然，以上說明僅僅為本發明的較佳實施例，本發明並不限於列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質範圍之內，理應受到本發明的保護。
【權利要求】
1.基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其特徵在於，包括供輸入信號直通輸出的第一選擇通路和對所述輸入信號進行放大處理後輸出的第二選擇通路； 第二選擇通路，包括並聯連接的多路同相放大電路，多路同相放大電路的輸入端連接有輸入阻抗，多路同相放大電路的輸出端連接有通道電阻； 每路同相放大電路包括一個運算放大器，運算放大器的反相輸入端連接有反相端輸入電阻，在運算放大器的反相輸入端和運算放大器的輸出端之間設置有反饋電阻，運算放大器的輸出端連接有合路電阻；所述輸入信號和來自前端的偏置控制信號共同從各運算放大器的同相輸入端輸入。
2.根據權利要求1所述的基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其特徵在於，所述運算放大器的同相輸入端連接有串聯高頻抑制電阻，輸入信號和來自前端的偏置控制信號經過所述串聯高頻抑制電阻。
3.根據權利要求1所述的基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其特徵在於，所述運算放大器的型號為THS3201。
4.根據權利要求1所述的基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其特徵在於，所述偏置控制信號為電壓信號，來自前端上位機所控制的數模轉換器，該偏置控制信號為正電壓信號或負電壓信號。
5.根據權利要求1所述的基於任意波形發生的寬帶同相放大電路，其特徵在於，所述通道電阻，由多片相同的串聯連接的通道子電阻組成。
【文檔編號】H03F3/45GK103595362SQ201310581460
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】陳應兵, 包思雲, 朱勇鋒 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所