广告

信号发生器输出功率不够大怎么办?

2020-11-24 08:04:17 Thomas Brand,ADI现场应用工程师 阅读:
典型的信号发生器可提供25mV至5V输出电压。为了驱动50Ω或更大的负载,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。其内部通常使用继电器来调节输出电平,因此会在一定程度上导致工作不连续。

信号发生器用来产生确定性电信号,其特性随时间推移而变化。如果这些信号表现为简单的周期性波形,如正弦波、方波或三角波,那么这种信号发生器就称为函数发生器。它们通常用于检查电路或PCBA的功能。将确定性信号加到被测电路的输入端,将输出端连接至相应的测量设备(例如示波器),用户就可以对其进行评估。过去,挑战通常包括如何设计信号发生器的输出级。本文将介绍如何利用电压增益放大器(VGA)和电流反馈放大器(CFA)设计小型经济的输出级。Igtednc

典型的信号发生器可提供25mV至5V输出电压。为了驱动50Ω或更大的负载,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。其内部通常具有继电器,可以使设备在不同的放大或衰减水平之间进行切换,从而调节输出电平。根据需要,在对继电器开关而实现各种增益时,在一定程度上会导致工作不连续。简化方框图如1所示。Igtednc

Igtednc

1:典型信号发生器输出级的简化方框图。Igtednc

使用新款放大器IC作为输出级功放,可以在没有任何内部继电器的情况下直接驱动负载,因此可简化信号发生器的输出级设计,并降低复杂度和成本。这种输出的两个主要器件构成一个大功率输出级,可提供高速、高电压和大电流,以及具有连续线性微调功能的可变放大器(2)。Igtednc

Igtednc

2:带VGA的信号发生器输出级的简化方框图。Igtednc

首先,初始输入信号必须通过VGA放大或衰减。VGA的输出信号可以设置为所需的幅度,而与输入信号无关。例如,对于增益为10、输出幅度VOUT为2V的情况,VGA的输出幅度必须调整至0.2V。遗憾的是,许多VGA都会因为增益范围有限而产生瓶颈——增益范围大于45dB的情况很少。Igtednc

ADI公司在低功耗VGA AD8338上实现了0dB至80dB可编程增益范围。因此,在理想条件下,可以将信号发生器的输出幅度连续设置在0.5mV和5V之间,而无需使用额外的继电器或开关网络。通过去除这些机械元件,可以避免不连续的输出。因为数模转换器(DAC)和直接数字频率合成器(DDS)通常具有差分输出,所以AD8338提供全差分接口。此外,通过灵活的输入级,输入电流有任何的不对称,都可以通过内部反馈回路得到补偿。同时,内部节点保持在1.5V。在正常情况下,最大1.5V输入信号在500Ω输入电阻时会产生3mA电流。在更高输入幅度(例如15V)的情况下,可能需要在输入引脚串联一个更大的电阻——其阻值要确保所产生的电流同样为3mA大小。Igtednc

许多商用信号发生器在50Ω(正弦波)负载下提供最大250mW(24dBm)的有效输出功率。但是,这对于具有较大输出功率的应用通常不够用,例如测试HF放大器或生成超声波脉冲之所需。因此,还需要使用电流反馈放大器。ADA4870在±20V电源电压下,可以在输出端以17V的幅度提供1A的驱动电流。它可以在满载情况下生成高达23MHz的正弦波,因此成为了通用任意波形发生器的理想前端驱动器。为了优化输出信号摆幅,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具有地参考输入,而上游的AD8338具有差分输出,因此在两个器件之间应连接差分接收器放大器,而实现差分到地参考的转换。AD8130提供270MHz的增益带宽积(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。整体电路配置如3所示,其可在22.4V(39dBm)幅度和50Ω负载下实现20MHz带宽。Igtednc

Igtednc

3:采用分立设计的信号发生器输出级的简化电路。Igtednc

通过大功率的VGA(AD8338)、大功率的CFA(ADA4870)和差分接收器放大器(AD8130)的组合,就可以相对轻松地设计出小尺寸大功率的信号发生器输出级。它具有更高的系统可靠性、更长的服务寿命和更低的成本,因此比传统输出级更优。Igtednc

参考文献

Hunter, David. “Two New Devices Help Reinvent the Signal Generator.” Analog Dialogue, October 2014.Igtednc

(原文链接:Design of a Powerful Signal Generator Output Stage,由赵明灿编译)Igtednc

本文为《电子技术设计》2020年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里Igtednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 我国建成开通5G基站数达185.4万个 工信部近日透露,截至2022年6月底,中国5G基站数达到185.4万个,其中二季度新增基站近30万个,已建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,实现“县县通5G、村村通宽带”。。
  • 工程师更乐意在开发物联网中采用AI 根据Newark发表的最新调查报告,工程师更乐意在其设计中部署AI,以期改善产品并进而提升其系统的ROI...
  • 三星推出其最快的 GDDR6 内存!基于EUV 10nm 1z工艺 结合创新的电路设计和先进的绝缘材料,基于极紫外 (EUV) 技术的第三代 10 纳米级 (1z)1 工艺,三星的新内存将成为第一款速度高达 24Gbps 的 GDDR6。
  • 抢跑3nm制程竞赛,三星能否领先台积电? 藉由比台积电更早一点开始制造3nm芯片,是否有助于三星获得显著优势还有待观察,而这也将会是一件有趣的事...
  • 凭借智能制造掀起变革 汽车行业正在以前所未有的速度重新洗牌。技术进步正在重新定义交通运输行业,电子元器件和软件转变了发展风向,使其从传统机械转向复杂的可持续、可娱乐和可互联的移动出行。
  • 使用防火墙保护互联汽车的策略 对车辆网络安全的需求越发迫切,因为车辆系统面临着多方面的恶意威胁。白帽黑客已经证明他们可以远程侵入互联车辆的仪表板功能和变速箱。
  • 理工类专业的薪酬更高,前三名为机械工程、材料科学与工 高考刚结束,志愿填报成了考生及家长当下关注的焦点。某人力机构发布的《2022年大学生就业前景研判及高考志愿填报攻略》显示2021届应届大学生整体就业形势、不同院校及专业毕业后的薪酬情况,数据显示双一流院校毕业生具备更强的就业竞争力,首份工作月薪上也领跑。
  • 成本不到一毛钱的塑料芯片,真的能量产吗? 现在研究人员设计了一种新的塑料处理器,他们估计能够以不到一便士(约合人民币0. 082元)的价格大规模生产。根据IEEE Spectrum 的一份报告,新的 Flexicore 芯片可以开启一个世界,从绷带到香蕉,一切都可以拥有芯片。
  • 数据显示,苹果M2 GPU性能比M1高50% Apple M2的第一个 CPU 和 GPU 基准测试已经发布,数据显示,M2芯片单核和多核跑分比M1芯片有所提升,而GPU方面M2芯片优势更加明显。
  • 三菱电机开发出世界首个集空间光通信和空间采集于一体 高分辨率卫星图像用于评估灾害造成的损失,但由于此类图像是通过无线电波传输的,受数据容量和卫星天线尺寸的限制,很难实时传输高分辨率图像。因此,需要不需要光纤的大容量、高速空间光通信来支持灾难后快速准确的损害评估。但空间光通信使用非常窄的激光束,约为无线电波的 1/1000,因此挑战在于如何将激光束与高速运行的卫星精确对准。
  • 人工智能的创新发明,专利权属于谁? 随着人工智能技术的发展进步,近几年出现了许多涉及人工智能的发明,如2020 年,机器学习算法帮助研究人员开发了一种对多种病原体有效的抗生素(参见Nature),此外,人工智能 (AI) 也被用于帮助疫苗开发、药物设计、材料发现、空间技术和船舶设计。那么这些由人工智能发明的技术,专利到底归属于谁呢?
  • 工程师常用的5种EDA仿真工具 EDA(electronic design automation)电子设计仿真软件是工程师们在设计电路,验证想法的工具,选择适合工程师的EDA工具对于提升工作效率尤为重要。对此,本文为大家整理了市面上工程师最常用的EDA电路仿真软件。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了