技术文章—大功率信号发生器输出级设计

2020-11-25来源: EEWORLD作者: Thomas Brand,ADI现场应用工程师关键字:信号发生器  ADI

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。

 

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。其内部通常具有继电器,可以使设备在不同的放大或衰减等级之间进行切换,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。简化方框图如图1所示。

 

              image.png

 

图1:典型信号发生器输出级的简化方框图。

 

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。

 

image.png

 

图2.带VGA的信号发生器输出级的简化框图

 

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。

 

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。

 

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。整体电路配置如图3所示,其可在22.4V(39dBm)幅度和50Ω负载下实现20MHz带宽。

 

image.png

 

图3:采用分立设计的信号发生器输出级的简化电路。

 

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。

关键字:信号发生器  ADI 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mndz/ic517730.html

上一篇:Dialog推出先进模拟GreenPAK™ IC,可实现快速设计
下一篇:相控阵天线方向图:栅瓣和波束斜视

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

基于51单片机信号发生器的设计
与自动控制的核心就是单片机。本设计是以AT89C52芯片的电路为基础,外部加上输入设备和显示设备,以此来实现信号发生器的硬件电路,通过软件程序来控制单片机实现波形的输出。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性,很高的实际使用价值,为广大的单片机爱好者提供了很好的借鉴。1.2基本功能简介方波三角波正弦波锯齿波频率可改变第二章  硬件设计与原理以AT89C52单片机为核心,起着控制作用。系统包括D/A转换电路、复位电路、时钟电路、按键电路。设计思路分为五个模块:复位电路、晶振电路模块、AT89C52、D/A转换电路、按键电路这五个模块。2.1 总设计框图图2-1 总
发表于 2021-01-10
基于51单片机<font color='red'>信号发生器</font>的设计
神舟IV学习笔记-信号发生器(十七)
STM32的DAC可以配置为8位/12位模式,这里使用8位模式与DMA控制器配合使用。DAC通过TIM6_TRGO触发转换,这样可以实现输出信号的频率的调节。本次采用50个采样点,最高能输出60Ksps的信号。如果采用30个点采用,最高能输出100Ksps的信号。程序通过按键KEY1设置频率,通过KEY2设置输出波形。调节都在中断里面实现,main可以进行其他操作。const uint8_t Triang8bit[50
发表于 2020-12-19
神舟IV学习笔记-<font color='red'>信号发生器</font>(十七)
利用信号发生器+功率放大器+泰克示波器解决高频
近期,某实验室咨询高频MEMS 测试 ,需要实现正弦波和方波驱动,信号带宽高达7MHz,驱动电平需要达到50Vp-p,需要具备扫频功能和DC+AC工作模式,目前市面上的标准信号发生器输出电压低,电压小于10Vp-p带负载能力弱,输出 电流 是mA级别,无法解决高压大功率驱动问题。如何解决高频MEMS测试问题通过和客户技术交流,了解到高频MEMS核心器件主要是一种压电控制器件,主要是利用其压电效应和逆压电效应能够实现 机械 能与电能的转换,可以通过将压电控制器件在高频电信号的激励下产生高频振动,激发出超声波,可以通过压电控制器件接收超声波转换成电信号,从而实现超声信号转换
发表于 2020-11-02
利用<font color='red'>信号发生器</font>+功率放大器+泰克示波器解决高频
单片机波形发生器Proteus仿真程序
;  //显示初始的频率值}void initclock()                           //定时器初始化函数{        TMOD=0x01;                                   //定时器的工作方式 
发表于 2020-10-30
单片机波形<font color='red'>发生器</font>Proteus仿真程序
如何将普源示波器采集到的波形传输到信号发生器
这个功能是信号发生器与示波器的无缝连接功能,数字示波器可以捕获麻烦的信号,然后重放任意波形发生器。使得工程师可以可重复的方式创建和使用“真实”信号。以下已DS1000Z与DG4000操作为例:1.使用数字示波器捕获感兴趣的波形2.将波形文件传输到任意波形发生器  3.使用任意波形发生器来获取捕获的波形要求:• Rigol DS1000Z系列示波器• Rigol DG4000系列示波器• 带RF扼流圈的Rigol USB电缆操作步骤:1.打开两台仪器的电源2.将USB电缆的大扁平端插入任意波形发生器的前面板USB输入将电缆的另一端插入示波器的后面板USB输入3.配置示波器以捕获感兴趣的信号:可以使
发表于 2020-09-22
如何将普源示波器采集到的波形传输到<font color='red'>信号发生器</font>上
电动汽车百人会联合ADI与生态企业共谋电动车产业新格局
多领域融合和协同创新的平台,而在2020年初与业界领先的高性能模拟技术提供商ADI共同发起成立的 “电池全生命周期联合创新中心”,即是重要举措之一。该平台联合电池制造商、整车厂、充换电基础设施提供商、电池梯次利用厂商等产业链上下游企业,共同实现对电动汽车核心部件——电池的关键特性持续监测,实现更精准、安全的电池生命周期管理,为相关产业链企业协同提供重要数据支撑。                                    
发表于 2021-01-18
电动汽车百人会联合<font color='red'>ADI</font>与生态企业共谋电动车产业新格局
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2021 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved