寬帶阻抗測量儀的設計——信號發(fā)生電路設計 (三)
在圖3-6中,AD8369的四個1nF電容為隔直電容,其功能是阻止直流從AD8369的端口輸出。
SENB信號用于對并行或串行數(shù)據(jù)端口的選擇,當接為3.3V高電平時,數(shù)據(jù)采用串行方式輸入,當接為地時,數(shù)據(jù)采用并行方式輸入,在本系統(tǒng)中采用并行方式輸入數(shù)據(jù),電路設計中使該引腳接地。
DENB信號為數(shù)據(jù)寫控制信號,在串行方式中,低電平有效,在并行方式中,下降沿鎖存數(shù)據(jù)。
在圖3-6的情況下,AD8369由于內部輸入輸出阻抗的存在,所以其數(shù)字可控的增益倍數(shù)將與器件外部的阻抗有關。對于AD8369的輸入端,其內部差分輸入阻抗為200,外部的等效阻抗為100,則輸入電路引入的衰減量見式(3-7)。
對于AD8369的輸出端,在進行交流分析時,AD8369的輸出端所接電路的等效電阻可以近似為R f和R s串聯(lián),而器件內部的差分輸出阻抗為200,因此輸出電路引入的衰減量見式(3-8)。
考慮到AD8009后級電路輸入阻抗的影響,AD8009實際的等效輸入阻抗總是要比R f和R s串聯(lián)的值小一些,所以AD8369輸出電路的實際衰減量比上述計算值略?。s-9.5dB)。
由于器件內部的放大范圍為+3dB~+48dB,故AD8369電路的實際放大范圍為-10dB~+35dB。四位數(shù)字控制量與放大倍數(shù)的關系如表3-7所示。
在圖3-6中,使用寬帶運算放大器AD8009作為差分信號變單端信號的轉換電路,且具有放大功能,對差分信號可以放大2倍。在AD8009的放大倍數(shù)為2時,其大信號帶寬為400MHz,但受工作電壓+5V的限制,當50負載匹配時,輸出信號的功率最大為15dBm。達不到對輸出信號功率的最大要求,需要使用射頻放大器件來進一步提升信號的輸出功率。
3.4射頻放大電路
對于射頻放大電路的設計考慮兩點:1.信號的功率達到要求;2.抑制輸出信號的噪聲。
功率能否達到要求主要由射頻器件所決定,對噪聲的抑制采用低通濾波器
。首先對濾波器的位置的選擇,當濾波器放在射頻器件后時,由于要求掃頻信號源的輸出阻抗為50。而LC濾波器在不同頻點時的輸出阻抗不同,不能保證阻抗匹配,所以在射頻器件的輸入端進行濾波。該低通濾波器也是采用橢圓濾波,在圖3-2中為LPF2,其設計與LPF1完全相同,不再贅述。
本系統(tǒng)中射頻器件采用RF2317,其帶寬可達3.0GHz,輸入輸出阻抗均為75,對小信號有15dB的固定放大,輸出信號功率最高可達+24dBm,采用9V或12V單電源供電。由于RF2317的輸出阻抗為75,為了使掃頻信號源的輸出阻抗為50,則需要在RF2317的輸出端并接阻值為150電阻。
150和75的電阻并聯(lián),保證了信號源內阻為50的要求,但卻降低了的信號的輸出功率,因為信號功率由150電阻和負載共同分擔,150電阻消耗掉RF2317輸出功率的1/4,所以加在網(wǎng)絡上的最大信號功率為24dBm×3/4=18dBm。射頻放大電路如圖3-7所示。
圖中,RF2317的輸入輸出端口加了1nF的隔直電容,是因為器件在輸入端口含有高于5V的直流電壓,輸出端口具有8V左右的直流分量,為防止直流量對前后級的影響甚至損壞器件,隔直電容是必須的。471uH的電感與隔直電容的功能恰好相反,該電感可以抑制交流信號被12V電源分流,同時不影響RF2317工作所需要的直流偏置電壓,當交流信號的頻率為100kHz時,該電感的阻抗為2×π×10 5×471×10 -6即296,而輸出端口的等效阻抗為150和50的并聯(lián)值37.5,交流信號的11%從電源回路流走,此時加到負載網(wǎng)絡上的信號功率將有所下降,達不到信號最大輸出功率,只有交流信號的頻率提高后,電感的等效阻抗提高,那么從電源回路損失的交流信號才可以忽略不計。
圖3-7中,采用5個51電阻并聯(lián)構成10的限流電阻,對器件起保護作用,當RF2317內部消耗電流過大時,10電阻上的壓降增大,加到器件上的電壓隨之下降,RF2317的工作點下降,不能全速工作,從而降低工作電流。采用5個51電阻并聯(lián)的原因在于RF2317的最大工作電流可達200mA,則10電阻消耗的功率為0.4W,而貼片電阻所能承受的功率低于0.1W,故選擇多個51電阻并聯(lián)并使其等效阻抗為10左右,每個51消耗功率僅為0.08W。在實際電路中由于電感為繞線電感,其內阻比較大,測量值為接近20,其本身即可起到限流的作用,所以省去了并聯(lián)的5個51電阻。
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