【原创】VCA810程控宽带放大电路设计

         关于宽带直流放大器，基本上每年的电子设计竞赛都会有一道题，可能指标每年都在不同篇幅的增加。去年记得也有一道题。要求就是频率500M好像。一般的程控放大器满足不了要求。还记得11年也有一道题就是宽带直流放大。最常用的方案是VCA810.AD603  ,AD605，频率要求特别搞的话考虑用AD8367.

        之前做过一个程控放大。特来分享。直流做到50DB，（虽然当时采用的810带宽理论80DB。但是我试过好几回。不管用1片还是2片。只能做到50DB+一点。但是做不到60.要不就是信号小了都放大不了。要不就是输出基本削波了。这和当时有限的实验环境也是有关系的吧。当时可能信号源不是特别的好。精度也不是特么搞导致。）带宽20M,当时手上只有2片810.所以就采用的这个片子。方案如下。

        前级缓冲放大提高输入阻抗，减少信号噪声的干扰。VCA810程控放大器作为信号输入的核心放大，其增益由单片机控制D/A芯片dac7611输出再经过反向放大电压来调节，电压步进为1mV，范围在-40～40 dB。再通过软件设计的5阶滤波器实现6M 的滤波。功率放大部分采用高输出电流反馈型芯片并联闭环输出。程控部分采用单片机外加键盘控制。LCD12864实时更新电压幅值。

        VCA810实现的程控放大，由前级缓冲放大模块、增益控制模块、Filter solution滤波模块、后级功率放大模块、键盘及显示模块和电源模块组成，具有按键压控放大功能。在前级缓冲放大电路中，用2片电压反馈型高速放大器OPA690提高输入阻抗；再通过VCA810实现程控放大，经过后级THS3091放大电路达到大于10V的有效值输出。其中的OPA690的使用弥补了一般放大器的带宽随增益增加而急剧降低和压摆率不足的问题，VCA810的使用方便了程控增益，THS091的使用提高了输出电流的有效值范围。

         前级的放大采用TI 公司的低电压噪声芯片OPA820实现10DB的固定倍数放大。增益带宽积高达500M，具有高电流190MA的输出。并且有1800V/μs的摆率。为了减少噪声系数，采用2片OPA820实现缓冲放大。达到高输入阻抗。

          VCA810 在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB ，且控制电压与增益dB数成线性关系，满足设计要求。这里控制vca810采用自带基准电压源4.096V的12位高精度DAC7611.再经精密放大器反向后控制VCA810。

          这里需要隆重介绍下DAC7611这12位的片子，以前用过的DA都没有这么准的，这个是单个 的DA。另外自带基准4096的片子虽然见过不少。但是比较好用的不是特别多。这个算是比较好用的吧。精度在1MV以下。以前用过像TLV5638之类的有时用万用表测量会误差有个2MV左右。这个片子的得来说来也是缘分。无意间在某个杂志上看到的。那个时候我对DA的理解都不是很够。

          滤波部分采用FILTER SOLUTION 设计的6M巴特沃斯滤波器。输入阻抗和输出阻抗都设定为50欧。

                                     可以看出滤波器频率特性特性曲线可以看出该频带内平缓。

           末级功率放大电路：信号经过滤波器以后进入功率放大模块。功率放大采用2级THS3091并联的形式以增强运放的驱动负载的能力。2级运放尽量做到对称，输出可到10V以上。由于3091指标输出电流能力很高。2级并联的话可到500ma.所以应付指标完全够了。

THS3091指标

           软件主要实现数字调节步进及显示功能。为了减少功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，控制数据设置完成之后，控制系统可采用多种调节模式。

键盘输入采用实时扫描模式，这样键盘输入完成后，数据端口处于动态，这样可以大大降低数字系统对模拟信号的干扰。

流程图。

                测试方案：通过函数发生器产生分别产生10K,100K,500K,1M,3M,5M,6M，30MV信号输入，用按键控制电压观测输出波形。电压/mv为DA控制电压

输入50mv输出波形幅度

输入30mv输出波形幅度

实物图。