趙延杰

【摘 要】本文分析了光電探測(cè)器工作特點(diǎn)，介紹了模擬開(kāi)關(guān)ADG704和集成運(yùn)算放大器OPA656的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種大動(dòng)態(tài)范圍程控增益前置放大電路，該電路通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)控制前置放大電路增益，放大電路增益能夠達(dá)到54dB，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】ADG704；OPA656；脈沖激光；前置放大

0 引言

隨著光電探測(cè)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)弱信號(hào)處理能力要求更高。激光以其單色性、方向好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其在激光探測(cè)、測(cè)距等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。激光探測(cè)系統(tǒng)通常由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、低噪脈沖放大器等部分組成，主要完成激光脈沖光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大及輸出。由于激光脈沖窄，頻譜寬度寬，光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，要求前置放大電路具有帶寬高、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍大，低噪聲等特點(diǎn)[1]。所以前置放大電路設(shè)計(jì)成為光電探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1 光電探測(cè)器

光電二極管通常工作在兩種模式：光伏模式和光電導(dǎo)模式。當(dāng)測(cè)量精度比速度更重要時(shí)采用光伏模式。測(cè)量速度比測(cè)量精度重要時(shí)采用光電導(dǎo)模式。光伏模式下，二極管零偏壓，沒(méi)有暗電流，線性輸出，低噪聲，更適用于線性小信號(hào)精密測(cè)量；光電導(dǎo)模式下，二極管需要反偏電壓，有暗電流，噪聲大，線性度較差，但靈敏度高、響應(yīng)快[2-3]。

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的光電探測(cè)系統(tǒng)而言，被檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度變化范圍大，同時(shí)要求快速響應(yīng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用光電導(dǎo)模式，二極管反偏置以達(dá)到對(duì)光信號(hào)快速響應(yīng)的要求。

2 前置放大電路

本文采用跨阻型放大器（transresistance amplifier）設(shè)計(jì)前置放大電路。如圖1所示，前置放大電路主要有光電二極管、低噪聲放大器、反饋回路三部分組成。光電二極管將接收到的光信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換為光電流信號(hào)，由放大器將光電流信號(hào)進(jìn)行放大輸出，反饋回路決定放大電路增益和穩(wěn)定性，通過(guò)改變放大電路反饋電阻RF的大小，控制放大電路的增益。

圖1 跨阻放大電路簡(jiǎn)圖

圖1中，IO為光電流，CD為光電二極管寄生電容，RF為跨導(dǎo)增益，CF為反饋電容。寄生電容、跨導(dǎo)增益、反饋電容等參數(shù)共同決定放大電路的頻率響應(yīng)。

2.1 前置放大器

本文采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一款低噪聲單位增益集成放大器OPA656。該放大器具有單位增益穩(wěn)定、增益帶寬積為230MHz、低輸入偏置電流（2pA）、低噪聲輸入電壓噪聲（7nV/）、等特點(diǎn)，廣泛用于寬帶光電放大、ADC輸入緩沖、CCD輸出緩沖、采樣和控制緩沖、帶寬精密放大等領(lǐng)域[4]。

選用該集成運(yùn)算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)低輸入電壓電流噪聲，快速響應(yīng)，高帶寬的要求。電路設(shè)計(jì)中，為達(dá)到最大二階巴特沃斯頻率響應(yīng)，其反饋極點(diǎn)應(yīng)設(shè)置為：

根據(jù)式（1）可得到反饋電容值。

-3dB帶寬為：

下面分析放大電路噪聲特性，放大電路等效輸入電流噪聲為：

式（3）中，為等效輸入噪聲電流；為放大器的反相輸入電流噪聲；為放大器的輸入電壓噪聲；為二極管電容；4KT應(yīng)等于1.6E-20J（溫度在290K時(shí)）。

電路設(shè)計(jì)中，跨阻增益分別為50KΩ、10KΩ、1KΩ，根據(jù)式（1）至（3），計(jì)算不同增益情況下，電路反饋電容、帶寬及噪聲如下：

表1 反饋電容與反饋電阻及帶寬

從表1中可得該設(shè)計(jì)中噪聲大于放大器自身噪聲參數(shù)1.3 pA/，該設(shè)計(jì)電路中噪聲滿足要求。

模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)

前置放大電路設(shè)計(jì)要滿足輸入動(dòng)態(tài)范圍大，輸出動(dòng)態(tài)范圍小，高增益等要求，需要根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制增益放大倍數(shù)，使得輸出信號(hào)大小保持在合適的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中采用模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)切換跨阻增益，使得輸出信號(hào)能夠滿足后端處理電路要求。

ADG704是美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的4路模擬輸入信號(hào)選擇芯片，其控制信號(hào)選擇管腳為A0、A1，通過(guò)A1A0組成不同的數(shù)字組合，可以選通4路開(kāi)關(guān)中的1路。該芯片具有很小的導(dǎo)通電阻（2.5Ω），高帶寬（200MHz），開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止時(shí)間短，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，視頻開(kāi)關(guān)等方面。真值表如表2所示。

表2 ADG704真值表

3 試驗(yàn)結(jié)果

增益控制設(shè)計(jì)思想：通過(guò)判斷輸出電壓信號(hào)VO，模擬開(kāi)關(guān)ADG704選擇不同跨阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，保證輸出信號(hào)始終在290mV-3V之間。當(dāng)輸出信號(hào)小于290mV時(shí)，通過(guò)控制電路輸入A1A0組合選擇開(kāi)關(guān)中的一個(gè)閉合，選擇電阻值較大的RF；無(wú)信號(hào)時(shí)，控制電路輸入A1A0組合選擇50KΩ，電路始終處于增益最大位置。當(dāng)輸出電壓信號(hào)大于3V時(shí)，控制電路輸入A1A0組合，依次選擇電阻值較小的，直至電路飽和輸出電壓3V。

試驗(yàn)主要驗(yàn)證，輸出處于臨界點(diǎn)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)ADG704切換電阻后是否能夠滿足設(shè)定要求，即反饋電阻為R1、R2、R3時(shí)，保證輸出電壓信號(hào)范圍始終在290mV-3V之間，試驗(yàn)結(jié)果如下表3所示：

表3 增益切換前后放大電路輸出信號(hào)幅值

從表3可以看出，增益電阻為50 KΩ，輸出達(dá)到2.96V時(shí)切換增益電阻為10KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減5倍；增益電阻為10KΩ，輸出達(dá)到2.98V時(shí)切換增益電阻為1KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減10倍；該放大電路能夠檢測(cè)到光電流信號(hào)范圍為6μ-3mA，輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍為54dB，輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為20dB。

4 結(jié)論

本文從理論上詳細(xì)分析了程控增益前置放大電路的特點(diǎn)及噪聲特性，并以其為指導(dǎo)以O(shè)PA656和ADG704為例，設(shè)計(jì)測(cè)試了程控增益前置放大電路，測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)電路具有輸出線性良好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。該程控增益放大電路實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍輸入，小動(dòng)態(tài)范圍輸出的功能。對(duì)微弱光電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)前置放大電路的設(shè)計(jì)，具有一定的參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]安毓英，曾曉東.光電探測(cè)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[2]Narayan D T. Photodiode characteristics [Z]. United States： UDT Sensors Inc，2000.

[3]戈文杰，喻杰奎，胡強(qiáng)高，江毅.微弱光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].光通信研究，2013，177（3）：51-53.

[4]李日安，何海光.OPA656在激光接收中的應(yīng)用[J].新特器件應(yīng)用，2008，10（3）：19-20.

[責(zé)任編輯：龐修平]

【摘 要】本文分析了光電探測(cè)器工作特點(diǎn)，介紹了模擬開(kāi)關(guān)ADG704和集成運(yùn)算放大器OPA656的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種大動(dòng)態(tài)范圍程控增益前置放大電路，該電路通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)控制前置放大電路增益，放大電路增益能夠達(dá)到54dB，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】ADG704；OPA656；脈沖激光；前置放大

0 引言

隨著光電探測(cè)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)弱信號(hào)處理能力要求更高。激光以其單色性、方向好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其在激光探測(cè)、測(cè)距等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。激光探測(cè)系統(tǒng)通常由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、低噪脈沖放大器等部分組成，主要完成激光脈沖光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大及輸出。由于激光脈沖窄，頻譜寬度寬，光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，要求前置放大電路具有帶寬高、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍大，低噪聲等特點(diǎn)[1]。所以前置放大電路設(shè)計(jì)成為光電探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1 光電探測(cè)器

光電二極管通常工作在兩種模式：光伏模式和光電導(dǎo)模式。當(dāng)測(cè)量精度比速度更重要時(shí)采用光伏模式。測(cè)量速度比測(cè)量精度重要時(shí)采用光電導(dǎo)模式。光伏模式下，二極管零偏壓，沒(méi)有暗電流，線性輸出，低噪聲，更適用于線性小信號(hào)精密測(cè)量；光電導(dǎo)模式下，二極管需要反偏電壓，有暗電流，噪聲大，線性度較差，但靈敏度高、響應(yīng)快[2-3]。

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的光電探測(cè)系統(tǒng)而言，被檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度變化范圍大，同時(shí)要求快速響應(yīng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用光電導(dǎo)模式，二極管反偏置以達(dá)到對(duì)光信號(hào)快速響應(yīng)的要求。

2 前置放大電路

本文采用跨阻型放大器（transresistance amplifier）設(shè)計(jì)前置放大電路。如圖1所示，前置放大電路主要有光電二極管、低噪聲放大器、反饋回路三部分組成。光電二極管將接收到的光信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換為光電流信號(hào)，由放大器將光電流信號(hào)進(jìn)行放大輸出，反饋回路決定放大電路增益和穩(wěn)定性，通過(guò)改變放大電路反饋電阻RF的大小，控制放大電路的增益。

圖1 跨阻放大電路簡(jiǎn)圖

圖1中，IO為光電流，CD為光電二極管寄生電容，RF為跨導(dǎo)增益，CF為反饋電容。寄生電容、跨導(dǎo)增益、反饋電容等參數(shù)共同決定放大電路的頻率響應(yīng)。

2.1 前置放大器

本文采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一款低噪聲單位增益集成放大器OPA656。該放大器具有單位增益穩(wěn)定、增益帶寬積為230MHz、低輸入偏置電流（2pA）、低噪聲輸入電壓噪聲（7nV/）、等特點(diǎn)，廣泛用于寬帶光電放大、ADC輸入緩沖、CCD輸出緩沖、采樣和控制緩沖、帶寬精密放大等領(lǐng)域[4]。

選用該集成運(yùn)算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)低輸入電壓電流噪聲，快速響應(yīng)，高帶寬的要求。電路設(shè)計(jì)中，為達(dá)到最大二階巴特沃斯頻率響應(yīng)，其反饋極點(diǎn)應(yīng)設(shè)置為：

根據(jù)式（1）可得到反饋電容值。

-3dB帶寬為：

下面分析放大電路噪聲特性，放大電路等效輸入電流噪聲為：

式（3）中，為等效輸入噪聲電流；為放大器的反相輸入電流噪聲；為放大器的輸入電壓噪聲；為二極管電容；4KT應(yīng)等于1.6E-20J（溫度在290K時(shí)）。

電路設(shè)計(jì)中，跨阻增益分別為50KΩ、10KΩ、1KΩ，根據(jù)式（1）至（3），計(jì)算不同增益情況下，電路反饋電容、帶寬及噪聲如下：

表1 反饋電容與反饋電阻及帶寬

從表1中可得該設(shè)計(jì)中噪聲大于放大器自身噪聲參數(shù)1.3 pA/，該設(shè)計(jì)電路中噪聲滿足要求。

模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)

前置放大電路設(shè)計(jì)要滿足輸入動(dòng)態(tài)范圍大，輸出動(dòng)態(tài)范圍小，高增益等要求，需要根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制增益放大倍數(shù)，使得輸出信號(hào)大小保持在合適的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中采用模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)切換跨阻增益，使得輸出信號(hào)能夠滿足后端處理電路要求。

ADG704是美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的4路模擬輸入信號(hào)選擇芯片，其控制信號(hào)選擇管腳為A0、A1，通過(guò)A1A0組成不同的數(shù)字組合，可以選通4路開(kāi)關(guān)中的1路。該芯片具有很小的導(dǎo)通電阻（2.5Ω），高帶寬（200MHz），開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止時(shí)間短，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，視頻開(kāi)關(guān)等方面。真值表如表2所示。

表2 ADG704真值表

3 試驗(yàn)結(jié)果

增益控制設(shè)計(jì)思想：通過(guò)判斷輸出電壓信號(hào)VO，模擬開(kāi)關(guān)ADG704選擇不同跨阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，保證輸出信號(hào)始終在290mV-3V之間。當(dāng)輸出信號(hào)小于290mV時(shí)，通過(guò)控制電路輸入A1A0組合選擇開(kāi)關(guān)中的一個(gè)閉合，選擇電阻值較大的RF；無(wú)信號(hào)時(shí)，控制電路輸入A1A0組合選擇50KΩ，電路始終處于增益最大位置。當(dāng)輸出電壓信號(hào)大于3V時(shí)，控制電路輸入A1A0組合，依次選擇電阻值較小的，直至電路飽和輸出電壓3V。

試驗(yàn)主要驗(yàn)證，輸出處于臨界點(diǎn)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)ADG704切換電阻后是否能夠滿足設(shè)定要求，即反饋電阻為R1、R2、R3時(shí)，保證輸出電壓信號(hào)范圍始終在290mV-3V之間，試驗(yàn)結(jié)果如下表3所示：

表3 增益切換前后放大電路輸出信號(hào)幅值

從表3可以看出，增益電阻為50 KΩ，輸出達(dá)到2.96V時(shí)切換增益電阻為10KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減5倍；增益電阻為10KΩ，輸出達(dá)到2.98V時(shí)切換增益電阻為1KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減10倍；該放大電路能夠檢測(cè)到光電流信號(hào)范圍為6μ-3mA，輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍為54dB，輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為20dB。

4 結(jié)論

本文從理論上詳細(xì)分析了程控增益前置放大電路的特點(diǎn)及噪聲特性，并以其為指導(dǎo)以O(shè)PA656和ADG704為例，設(shè)計(jì)測(cè)試了程控增益前置放大電路，測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)電路具有輸出線性良好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。該程控增益放大電路實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍輸入，小動(dòng)態(tài)范圍輸出的功能。對(duì)微弱光電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)前置放大電路的設(shè)計(jì)，具有一定的參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]安毓英，曾曉東.光電探測(cè)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[2]Narayan D T. Photodiode characteristics [Z]. United States： UDT Sensors Inc，2000.

[3]戈文杰，喻杰奎，胡強(qiáng)高，江毅.微弱光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].光通信研究，2013，177（3）：51-53.

[4]李日安，何海光.OPA656在激光接收中的應(yīng)用[J].新特器件應(yīng)用，2008，10（3）：19-20.

[責(zé)任編輯：龐修平]

【摘 要】本文分析了光電探測(cè)器工作特點(diǎn)，介紹了模擬開(kāi)關(guān)ADG704和集成運(yùn)算放大器OPA656的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種大動(dòng)態(tài)范圍程控增益前置放大電路，該電路通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)控制前置放大電路增益，放大電路增益能夠達(dá)到54dB，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】ADG704；OPA656；脈沖激光；前置放大

0 引言

隨著光電探測(cè)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)弱信號(hào)處理能力要求更高。激光以其單色性、方向好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其在激光探測(cè)、測(cè)距等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。激光探測(cè)系統(tǒng)通常由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、低噪脈沖放大器等部分組成，主要完成激光脈沖光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大及輸出。由于激光脈沖窄，頻譜寬度寬，光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，要求前置放大電路具有帶寬高、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍大，低噪聲等特點(diǎn)[1]。所以前置放大電路設(shè)計(jì)成為光電探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1 光電探測(cè)器

光電二極管通常工作在兩種模式：光伏模式和光電導(dǎo)模式。當(dāng)測(cè)量精度比速度更重要時(shí)采用光伏模式。測(cè)量速度比測(cè)量精度重要時(shí)采用光電導(dǎo)模式。光伏模式下，二極管零偏壓，沒(méi)有暗電流，線性輸出，低噪聲，更適用于線性小信號(hào)精密測(cè)量；光電導(dǎo)模式下，二極管需要反偏電壓，有暗電流，噪聲大，線性度較差，但靈敏度高、響應(yīng)快[2-3]。

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的光電探測(cè)系統(tǒng)而言，被檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度變化范圍大，同時(shí)要求快速響應(yīng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用光電導(dǎo)模式，二極管反偏置以達(dá)到對(duì)光信號(hào)快速響應(yīng)的要求。

2 前置放大電路

本文采用跨阻型放大器（transresistance amplifier）設(shè)計(jì)前置放大電路。如圖1所示，前置放大電路主要有光電二極管、低噪聲放大器、反饋回路三部分組成。光電二極管將接收到的光信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換為光電流信號(hào)，由放大器將光電流信號(hào)進(jìn)行放大輸出，反饋回路決定放大電路增益和穩(wěn)定性，通過(guò)改變放大電路反饋電阻RF的大小，控制放大電路的增益。

圖1 跨阻放大電路簡(jiǎn)圖

圖1中，IO為光電流，CD為光電二極管寄生電容，RF為跨導(dǎo)增益，CF為反饋電容。寄生電容、跨導(dǎo)增益、反饋電容等參數(shù)共同決定放大電路的頻率響應(yīng)。

2.1 前置放大器

本文采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一款低噪聲單位增益集成放大器OPA656。該放大器具有單位增益穩(wěn)定、增益帶寬積為230MHz、低輸入偏置電流（2pA）、低噪聲輸入電壓噪聲（7nV/）、等特點(diǎn)，廣泛用于寬帶光電放大、ADC輸入緩沖、CCD輸出緩沖、采樣和控制緩沖、帶寬精密放大等領(lǐng)域[4]。

選用該集成運(yùn)算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)低輸入電壓電流噪聲，快速響應(yīng)，高帶寬的要求。電路設(shè)計(jì)中，為達(dá)到最大二階巴特沃斯頻率響應(yīng)，其反饋極點(diǎn)應(yīng)設(shè)置為：

根據(jù)式（1）可得到反饋電容值。

-3dB帶寬為：

下面分析放大電路噪聲特性，放大電路等效輸入電流噪聲為：

式（3）中，為等效輸入噪聲電流；為放大器的反相輸入電流噪聲；為放大器的輸入電壓噪聲；為二極管電容；4KT應(yīng)等于1.6E-20J（溫度在290K時(shí)）。

電路設(shè)計(jì)中，跨阻增益分別為50KΩ、10KΩ、1KΩ，根據(jù)式（1）至（3），計(jì)算不同增益情況下，電路反饋電容、帶寬及噪聲如下：

表1 反饋電容與反饋電阻及帶寬

從表1中可得該設(shè)計(jì)中噪聲大于放大器自身噪聲參數(shù)1.3 pA/，該設(shè)計(jì)電路中噪聲滿足要求。

模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)

前置放大電路設(shè)計(jì)要滿足輸入動(dòng)態(tài)范圍大，輸出動(dòng)態(tài)范圍小，高增益等要求，需要根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱控制增益放大倍數(shù)，使得輸出信號(hào)大小保持在合適的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中采用模擬輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)切換跨阻增益，使得輸出信號(hào)能夠滿足后端處理電路要求。

ADG704是美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的4路模擬輸入信號(hào)選擇芯片，其控制信號(hào)選擇管腳為A0、A1，通過(guò)A1A0組成不同的數(shù)字組合，可以選通4路開(kāi)關(guān)中的1路。該芯片具有很小的導(dǎo)通電阻（2.5Ω），高帶寬（200MHz），開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止時(shí)間短，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，視頻開(kāi)關(guān)等方面。真值表如表2所示。

表2 ADG704真值表

3 試驗(yàn)結(jié)果

增益控制設(shè)計(jì)思想：通過(guò)判斷輸出電壓信號(hào)VO，模擬開(kāi)關(guān)ADG704選擇不同跨阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，保證輸出信號(hào)始終在290mV-3V之間。當(dāng)輸出信號(hào)小于290mV時(shí)，通過(guò)控制電路輸入A1A0組合選擇開(kāi)關(guān)中的一個(gè)閉合，選擇電阻值較大的RF；無(wú)信號(hào)時(shí)，控制電路輸入A1A0組合選擇50KΩ，電路始終處于增益最大位置。當(dāng)輸出電壓信號(hào)大于3V時(shí)，控制電路輸入A1A0組合，依次選擇電阻值較小的，直至電路飽和輸出電壓3V。

試驗(yàn)主要驗(yàn)證，輸出處于臨界點(diǎn)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)ADG704切換電阻后是否能夠滿足設(shè)定要求，即反饋電阻為R1、R2、R3時(shí)，保證輸出電壓信號(hào)范圍始終在290mV-3V之間，試驗(yàn)結(jié)果如下表3所示：

表3 增益切換前后放大電路輸出信號(hào)幅值

從表3可以看出，增益電阻為50 KΩ，輸出達(dá)到2.96V時(shí)切換增益電阻為10KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減5倍；增益電阻為10KΩ，輸出達(dá)到2.98V時(shí)切換增益電阻為1KΩ，輸出信號(hào)幅值衰減10倍；該放大電路能夠檢測(cè)到光電流信號(hào)范圍為6μ-3mA，輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍為54dB，輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為20dB。

4 結(jié)論

本文從理論上詳細(xì)分析了程控增益前置放大電路的特點(diǎn)及噪聲特性，并以其為指導(dǎo)以O(shè)PA656和ADG704為例，設(shè)計(jì)測(cè)試了程控增益前置放大電路，測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)電路具有輸出線性良好及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。該程控增益放大電路實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍輸入，小動(dòng)態(tài)范圍輸出的功能。對(duì)微弱光電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)前置放大電路的設(shè)計(jì)，具有一定的參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]安毓英，曾曉東.光電探測(cè)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[2]Narayan D T. Photodiode characteristics [Z]. United States： UDT Sensors Inc，2000.

[3]戈文杰，喻杰奎，胡強(qiáng)高，江毅.微弱光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].光通信研究，2013，177（3）：51-53.

[4]李日安，何海光.OPA656在激光接收中的應(yīng)用[J].新特器件應(yīng)用，2008，10（3）：19-20.

[責(zé)任編輯：龐修平]