Сверхмалошумящий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

Сегодня предлагается достаточно много однокристальных усилителей с регулируемым коэффициентом усиления (variable-gain amplifier, VGA). К сожалению, все они имеют недостатки, такие как высокий уровень шума, ограниченный диапазон рабочих напряжений, низкий входной импеданс или нелинейные амплитудно-частотные характеристики. На Рисунке 1 показана схема сверхмалошумящего VGA с 16 ступенями усиления, решающая многие из этих проблем. Микросхема IC1 – это счетверенный малошумящий операционный усилитель, а IC2 – счетверенный однополюсный КМОП переключатель на два направления. Соединенные последовательно каскады усиления включаются в соответствии с сигналами управляющего двоичного кода, имеющими уровни ТТЛ. При использовании компонентов с номиналами, показанными на схеме, усиление регулируется в диапазоне от 0 дБ до 45 дБ с шагом 3 дБ. Для достижения наилучших шумовых характеристик каскадам с меньшим усилением предшествуют каскады с бóльшим усилением. Практически для всех устанавливаемых коэффициентов усиления приведенное ко входу напряжение шумов схемы составляет примерно 3 нВ/√Гц. Наибольшее значение 4.5 нВ/√Гц соответствует усилению 9 дБ. Распределение суммарного усиления между несколькими каскадами расширяет общую полосу пропускания. Выходной каскад имеет другую конфигурацию, обеспечивающую низкий выходной импеданс для любых установленных коэффициентов усиления.

XLG – компактные LED-драйверы со стабилизацией мощности от MEAN WELL

Этот усилитель с регулируемым коэффициентом усиления отличается сверхнизким шумом, большим динамическим диапазоном и широкой полосой пропускания.
Рисунок 1. Этот усилитель с регулируемым коэффициентом усиления отличается сверхнизким шумом,
большим динамическим диапазоном и широкой полосой пропускания.

Если управлять усилением нужно дистанционно, следует обратить внимание на контуры заземления, которые могут испортить хорошие шумовые характеристики схемы. Одним из решений может быть использование оптоизоляторов в четырех линиях цифрового управления, чтобы между двумя концами кабеля не было соединений с землей, кроме как через источник питания. При этом 4-разрядный код формируется из дифференциального аналогового управляющего напряжения с помощью АЦП. На Рисунке 2 показана схема, которая хорошо выполняет эту функцию. Микросхема IC1 используется как дифференциальный приемник, а IC2 – это 8-разрядный АЦП. В некоторых приложениях можно обойтись одним только АЦП, поскольку он уже имеет дифференциальный вход. Однако тогда необходимо позаботиться о том, чтобы не выйти за пределы узкого диапазона входных синфазных сигналов АЦП. Более надежным решением является включение дифференциального приемника перед АЦП, как показано на рисунке. Элементы R1 и C1 образуют фильтр нижних частот для входного напряжения АЦП. Четыре старших бита выходного кода АЦП управляют КМОП переключателями. Как видно из схемы, АЦП работает в режиме автосинхронизации и не нуждается в других элементах управления.

Коды, устанавливающие коэффициенты усиления схемы на Рисунке 1, формируются с помощью АЦП.
Рисунок 2. Коды, устанавливающие коэффициенты усиления схемы на Рисунке 1, формируются
с помощью АЦП.

R2 и C2 задают частоту дискретизации, которая при показанных номиналах компонентов равна примерно 640 кГц. D1, R3 и C3 обеспечивают инициализацию системы синхронизации АЦП при включении питания. Шаги управляющего напряжения разнесены на 310 мВ, что обеспечивает достаточную помехоустойчивость усилителя. В Таблице 1 представлены характеристики полной схемы с аналоговым управлением. Показанные на Рисунке 1 резисторы R1 и R2 можно использовать для того, чтобы, немного потеряв в шумовых характеристиках, уменьшить общий диапазон усиления. Очевидно, что, изменив отдельные усилительные каскады, можно получить другие диапазоны регулировки и размеры шагов, например, от 0 до 30 дБ с шагом 2 дБ. Пожертвовав простотой схемы, можно заменить счетверенный операционный усилитель четырьмя сверхмалошумящими операционными усилителями, такими как LT1128 или AD797. Такая замена снизит шум до уровня примерно 1.4 нВ/√Гц.

Таблица 1. Зависимость характеристик схемы от
коэффициента усиления
Шаг Усиление Шум,
приведенный
ко входу
(нВ/√Гц)
Полоса пропускания
по уровню 3 дБ
(МГц)
дБ В/В
0 0 1 3.1 10.5
1 3 1.4 3.8 7.7
2 6 2 4.4 5.1
3 9 2.8 4.5 4.6
4 12 4 3.6 2.7
5 15 5.6 3.6 2.7
6 18 7.9 3.7 2.6
7 21 11.2 3.7 2.6
8 24 15.8 3 0.88
9 27 22.4 3 0.89
10 30 31.6 3 0.94
11 33 44.7 3 0.96
12 36 63.1 3 0.97
13 39 89.1 3 0.97
14 42 125.9 3 1.04
15 45 177.8 3 1.02

Можно также увеличить количество каскадов, чтобы расширить динамический диапазон, повысить точность шага усиления или обеспечить и то, и другое. Преимуществами этой схемы по сравнению с коммерчески доступными однокристальными VGA являются сверхнизкий уровень шума, широкая полоса пропускания, большой диапазон входных сигналов ±13 В, высокое входное сопротивление, защищенность от помех по земляной шине, а также определяемые пользователем пределы динамического диапазона и размер шага.

  1. Datasheet Analog Devices AD620
  2. Datasheet Texas Instruments ADC0804
  3. Datasheet Analog Devices ADG333
  4. Datasheet Linear Technology LT1125
  5. Datasheet PanJit S1A

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 320
сейчас смотрят 20
представлено поставщиков 1572
загружено
позиций
25 067 862