大功率信号发生器输出级设计信号发生器用于,其特性随时间而变化。如果这些信号是简单的周期性波形,如正弦波、方波或三角波,则该信号发生器称为函数发生器。它们通常用于检查电路或电路PCBA的功能。将确定性信号添加到被测电路的输入端,将输出端连接到相应的测量设备(如示波器),用户可以对其进行评估。在过去,挑战通常包括如何设计信号发生器的输出级别。本文将介绍如何利用电压增益放大器(VGA)电流反馈放大器(CFA)设计小经济输出水平。为了驱动50Ω或更高的负载,一般会在输出端使用大功率分立器件、多个并行器件,或者成本高昂的ASIC。内部通常有继电器,可以在不同的放大或衰减等级之间切换设备,从而调整输出电平。在对继电器开关实现各种增益时,在一定程度上会导致工作不连续。简化方框图如下图所示
典型信号发生器输出级简化方框图采用新放大器IC作为输出级功率放大器,负载可以直接驱动,无需任何内部继电器,因此可以简化信号发生器的输出级设计,降低复杂性和成本。该输出的两个主要设备构成高功率输出级,可提供高速、高压、高电流和连续线性微调功能的可变放大器。
带VGA首先,初始输入信号必须通过VGA放大或衰减。VGA输出信号可设置为所需范围,与输入信号无关。例如,对于增益为10,输出VOUT为2V的情况,VGA输出范围必须调整到0.2V。遗憾的是,很多VGA由于增长范围有限,会出现瓶颈-增长范围大于45dB的情况很少。ADI公司功耗低VGA AD8338上实现了0dB至80dB可编程增益范围。因此,在理想情况下,信号发生器的输出范围可以连续设置为0.5mV和5V而不使用额外的继电器或开关网络。不连续输出可以通过去除这些机械元件来避免。因为数模转换器(DAC)直接数字频率合成器(DDS)通常有差分输出,所以AD8338提供全差分接口。此外,通过灵活的输入级,输入电流可以通过内部反馈电路进行补偿。同时,内部节点保持在1.5V。正常情况下,最大1.5V输入信号在500Ω输入电阻会产生3mA电流。在更高输入幅度(例如15V)当输入引脚串联更大的电阻时,电阻值可能需要确保产生的电流也为3mA大小。50多个商用信号发生器Ω最大250mW(24dBm)有效输出功率。然而,这通常不足以用于大输出功率的应用,如测试HF需要放大器或超声波脉冲。因此,还需要使用电流反馈放大器。 ADA4870 在±20V在输出端以17的电源电压下V的幅度提供1A驱动电流。它可以在满载下产生高达23MHz正弦波因此成为通用任何波形发生器的理想前端驱动器。为优化输出信号摆幅,ADA4870的增益配置成10,因此所需的输入幅度为1.6V。但是,由于ADA4870有地参考输入,而上游AD8338具有差分输出,因此差分接收器放大器应连接到两个设备之间,以实现差分到地参考的转换。提供270MHz增益带宽积(GBWP),压摆率为1090V/μs,非常适合这种应用。AD8338的输出限制在±1V,因此AD8130的中间增益应设计为1.6V/V。如图3所示,整体电路配置为22.4V(39dBm)幅度和50Ω负载下实现20MHz带宽。大功率VGA(AD8338),大功率CFA(ADA4870)和差分接收器放大器(AD8130)组合可以相对容易地设计小尺寸大功率信号发生器输出级。系统可靠性高,服务寿命长,成本低,优于传统输出级。
单独设计的信号发生器输出级简化电路