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        一種低功耗真對數(shù)放大器研究

        2020-07-30 14:04:34龐佑兵劉登學(xué)楊超楊帆
        科技視界 2020年19期
        關(guān)鍵詞:信號

        龐佑兵 劉登學(xué) 楊超 楊帆

        摘 要

        對數(shù)放大器主要用在接收機中壓縮輸入信號的動態(tài)范圍,其中真對數(shù)放大器能夠同時保留輸入信號的幅度信息和相位信息,在雷達接收機中得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種低功耗高精度真對數(shù)放大器。電路采用一種新穎的電路結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,并采用SMT工藝加工制作。電路具有輸入信號動態(tài)范圍大(≥90dB)、對數(shù)精度高(≤1.0dB)、功耗低(≤100mW)、一致性好等優(yōu)點,可廣泛用于雷達、通訊或電子對抗等系統(tǒng)。關(guān)鍵詞

        對數(shù)放大器;真對數(shù)放大器;動態(tài)范圍;限幅放大器

        中圖分類號: TN722.58 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼: A

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.059

        0 引言

        對數(shù)放大器主要用在接收機中壓縮輸入信號的動態(tài)范圍,可以瞬時地把大的輸入動態(tài)范圍壓縮為小的輸出動態(tài)范圍,對數(shù)放大器的輸出動態(tài)范圍與線性放大器一樣(20~30dB)[1]。其中真對數(shù)放大器除具有一般對數(shù)放大器的特性外,還具有對數(shù)精度高、相位變化小、直接處理載波信號的特點[2,3],因此在接收機中得到廣泛應(yīng)用。

        傳統(tǒng)的真對數(shù)放大器一般采用雙增益型電路結(jié)構(gòu),由若干級雙增益單元(TLA)通過級聯(lián)構(gòu)成。受其結(jié)構(gòu)限制,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)真對數(shù)放大器要獲得超過60dB的大動態(tài)范圍時,存在頻率低、靜態(tài)功耗大、體積大、一致性差等問題[4,5]。

        文獻[4,6]提出了一種并聯(lián)求和真對數(shù)放大器。這種結(jié)構(gòu)雖然較雙增益真對數(shù)放大器的功耗有所降低,但在每級對數(shù)放大器前面均需要一個推動放大器,特別是當(dāng)級聯(lián)的對數(shù)級數(shù)增加后,推動放大器的增益比較高,這時就需要兩級、甚至三級放大器來實現(xiàn)。這樣整個電路的功耗還是會比較大,實現(xiàn)難度也會增加。

        國內(nèi)有采用新型結(jié)構(gòu)研制的真對數(shù)放大器:采用AD8309進行限幅放大和對數(shù)檢波,然后采用乘法器將限幅放大信號和對數(shù)檢波信號合成輸出真對數(shù)放大信號[5],較好地解決了功耗大的問題,但還是存在功耗偏大的問題,功耗為0.25W。

        本文介紹的低功耗真對數(shù),其功耗≤100mW,動態(tài)范圍≥90dB,對數(shù)精度≤1.0dB,可很好滿足整機系統(tǒng)需要[8]。

        1 電路設(shè)計與分析

        1.1 電路原理分析

        本文介紹了一種低功耗高精度真對數(shù)放大器,其原理框圖如圖1所示。輸入信號分成兩路:一路進入限幅放大器電路,得到幅度穩(wěn)定的輸出信號,信號頻率與輸入信號相同,并且保留了輸入信號的相位信息(公式1);另一路信號進入連續(xù)檢波式對數(shù)放大器,得到與輸入信號幅度成對數(shù)關(guān)系的視頻信號(公式2);該視頻信號由線性電壓電流變換器線性變換換成電流信號(公式3)。然后兩路信號由幅度可調(diào)放大器線性調(diào)幅后得到輸出信號幅度與輸入信號成對數(shù)關(guān)系,且輸出頻率和輸入頻率相同,并保留輸入信號相位信息,電路實現(xiàn)了真對數(shù)放大功能(公式3)。

        1.2 電路實現(xiàn)及結(jié)果分析

        整體電路圖如圖2所示。本電路采用表面貼裝工藝加工,并采用小型封裝器件以減小電路體積?;鍨樗膶覲CB板,背面大面積燒焊在管殼上,保證良好的接地效果及可靠的機械強度。主信號通路設(shè)計為50Ω阻抗線,并盡量排列整齊,可以減小寄生參數(shù)的影響。

        不同結(jié)構(gòu)的真對數(shù)放大器測試結(jié)果比較如表1所示。

        可以看出,本文提出的低功耗真對數(shù)放大器的動態(tài)范圍和對數(shù)誤差結(jié)構(gòu)的真對數(shù)放大器有較大幅度的提高,功耗也較其他類型的真對數(shù)放大器有比較大的降低。

        3 結(jié)論

        本文采用一種新拓?fù)浣Y(jié)果,設(shè)計了一種低功耗高精度真對數(shù)放大器,功耗≤100mW,對數(shù)精度≤±1dB,動態(tài)范圍≥90dB。電路采用表面貼裝工藝加工制作。電路的特點是功耗低,對數(shù)精度高,輸入信號動態(tài)范圍大,一致性好。

        參考文獻

        [1]R.S.Hughes.Logarithmic Amplification with Application to Radar and EW. Dedham,MA:Artech,1986.

        [2]A.K.Oki,M.E.Kim,G.M.Gorman,et al.High performance GaAs hetero junction bipolar transistor monolithic logarithmic IF amplifiers[J].IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.36,no.12, pp.1958 1965,Dec.1988.

        [3]Yu-Ju Chuang,Kurt Cimino,Mark Stuenkel,et al.A Wideband InP DHBT True Logarithmic Amplifier[J].IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL.54,pp.3843-3847,Nov.2006.

        [4]C.D.Holdenried, J.W.Haslett,J.G.McRory,et al.A DC–4 GHz true logarithmic amplifier:Theory and implementation,[J].IEEE J.Solid-State Circuits,vol.37,no.10,pp. 1290 ?1299,Oct.2002.

        [5]A.Woroncow, J.Croney.A true IF logarithmic amplifier using twin-gain stages[J]. ?Radio Electron. Eng..vol.32.no.3,pp.149-155,Sept.1966.

        [6]C.D.Holdenried, J.W.Haslett.ADC 6 GHz,50 dB dynamic range,SiGe HBT true logarithmic amplifier[J].in Proc. Int. Circuits Syst.Symp.,May 2004,vol.4,pp.289 ?292.

        [7]龐佑兵,龐殊楊等.一種新型真對數(shù)放大器的研究[J].微電子學(xué),2016年02期.

        [8]龐佑兵,劉登學(xué),等.低于100mW低功耗真對數(shù)放大器.發(fā)明專利.專利號:CN101938255B.2012.9.5.

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