【正文】 的前提下使用阻值較低的電阻作為反饋電阻，電阻熱噪聲可利用 en= 4kTR f? 公式計算。影響相位線性度 的最重 因素是濾波網(wǎng)絡(luò)的相頻特性。 并且盡量減少 信號 走線長度來減小寄生效應(yīng)的影響。圖中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端 (V INP) 的信號經(jīng)衰減后 ， 由固定增益放大器輸出 ， 衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。當(dāng) REXT= 千歐時，增益范圍為 1~+41dB。 圖 44 程控放大器 AD603 電路 控制電壓產(chǎn)生電路 由于要產(chǎn)生精確地控制的電壓，通過比較選用 MAX539 作為 本課題 的 DA 芯片。 MAX539的輸出緩沖放大器是單 位增益穩(wěn)定的 BICMOS 運(yùn)算放大器 ， 輸出緩沖放大器的輸出具有短路電流保護(hù)功能 ， 能驅(qū)動 2kΩ和 100pF 的負(fù)載。 表 41 MAX539 輸入數(shù)字量和輸入電壓值的關(guān)系 輸入數(shù)字量 輸出電壓值 1111 1111 1111 +2(VREFIN)*4095/4096 1000 0000 0001 +2(VREFIN)*2049/4096 1000 0000 0000 +2(VREFIN)*2048/4096=+VREFIN 0111 1111 1111 +2(VREFIN)*2047/4096 0000 0000 0001 +2(VREFIN)*1/4096 0000 0000 0000 0 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 17 而控制電壓由 MAX539 產(chǎn)生，在 MAX539 的基準(zhǔn)電壓腳接 2V電壓這樣在 0~1V 之間便有 1024 個檔位，實現(xiàn) 60/1024= dB 的步進(jìn)，完全滿足設(shè)計中的要求 。 電路的截止頻率 f=1/2πRC ，電路的增益 K=31/Q=1+R4/R3。通過單片機(jī)給信號控制一組繼電器來實現(xiàn)系統(tǒng)的的 帶寬的變化，電路設(shè)計如圖 48 所示。 BUF634 是超寬帶高壓高速緩沖器 ， 內(nèi)部原理圖如圖 410 所示 。存儲這些點(diǎn)陣信息的 RAM 稱為顯示數(shù)據(jù)存儲器。液晶接口連接圖如圖 412 所示，通過調(diào)節(jié) 滑動電位器 R1 可以調(diào)節(jié)液晶屏的亮度，從而選擇適宜的亮度來進(jìn)行顯示。另外 ZLG7290B 內(nèi)部還設(shè)置有連擊計數(shù)器，能夠使某鍵按下后不松手而連續(xù)有效。 ZLG7290 的 I2C總線通信接口主要由 3 個引腳構(gòu)成： SDA、 SCL 和 INT，引腳接口如圖 414 所示。 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 23 圖 415 鍵盤管理芯片 ZLG7290 電路圖 穩(wěn)壓電源 電路 由于設(shè)計要求自制穩(wěn)壓電源，從 220V 交流電要得到177。 15V 直流電壓。單片機(jī)先根據(jù) 鍵盤的按鍵判斷是選擇是設(shè)定增益還是帶寬鍵，然后根據(jù)輸入的數(shù)字顯示在液晶顯示屏上， 同時確定設(shè)定值后給出相應(yīng)的控制信號 ，軟件流程圖如圖 52 所示 。（需要注意：二進(jìn)制的高低有 效位順序與行號對應(yīng)關(guān)系因不同商家而不同）存放一個顯示塊的 RAM 區(qū)稱為存儲頁。 C 文件中定義如下： define WD1 XBYTE[0xF5FF]， 定義了總線地址后，對外部地址的操作變得非常簡單 。具體可查閱 12864的 PDF 資料。 鍵盤管理模塊軟件設(shè)計 I2C 總線軟件設(shè)計 I2C 總線支持任何 IC 生產(chǎn)過程 (NMOS、 CMOSC、 雙極 性 )兩線――串行數(shù)據(jù) SDA和串行時鐘 SCL 線在連接到總線的器件間傳遞信息 。圖中的電阻 R 為隔離電阻， C 為抗干擾電容，主要是為了提高 I2C 總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕乐拐`動作進(jìn)人維修狀態(tài)和防止由于外部干擾信號改變 I2C 總線數(shù)據(jù)。 符號 S 將作為一個通用的術(shù)語既表示起始條 件又表示重復(fù)起始條件 。如果從機(jī)接收器響應(yīng)了從機(jī)地址但是在傳輸了一段時間后不能接收更多數(shù)據(jù)字節(jié)，主機(jī)必須再一次終止傳輸。 圖 58 I2C 總線完整數(shù)據(jù)傳輸時序圖 ZLG7290 軟件設(shè)計 ZLG7290 的 I2C 接口傳輸速率可達(dá) 32kbit/s 容易與處理器接口，并提供鍵盤中斷信號 提高主處理器時間效率。 當(dāng) Key=0時 ， 表示沒有鍵被壓按 下。 用于傳輸指令 。 例 ： DpRamB~DpRam0=“ 87654321” 其中 “ 4” 閃爍 ScanNum= 5（“ 87” 不顯示 ） 。 圖 511 循環(huán)左移 指令 與左移指令類似 ， 不同的是在每移動一位后 原最左位的顯 示數(shù)據(jù)和屬性轉(zhuǎn)移到最右位 。 圖 512 循環(huán) 右移指令 例 ： DpRamB~DpRam0= “ 87654321” 其中 “ 3” 閃爍 ， ScanNu。“ 3” 閃爍 ， 高四位無顯示 。 設(shè)計用到的指令如下 ： (1) 左移指令 如圖 59 所示。 命令緩沖區(qū) (CmdBuf0 ~CmdBuf1)地址 07H~ 08H。 鍵值寄存器 (Key)地址 ： 01H， 復(fù)位值 00H。但是如果主機(jī)仍希望在總線上通訊，它可以產(chǎn)生重復(fù)起始條件 Sr 和尋址另一個從機(jī) ， 而不是首先產(chǎn)生一個停止條件 。當(dāng)從機(jī)不能響應(yīng)從機(jī)地址時（例如它正在執(zhí)行一些實時函數(shù)不能接收或發(fā)送 ）從機(jī)必須使數(shù)據(jù)線保持高電平。 如果產(chǎn)生重復(fù)起始 Sr 條件而不產(chǎn)生停止條件 ， 總線會一直處于忙的狀態(tài) 。 直接式 I2C 總線是指被控集成電路直接或通過電阻掛在 I2C 總線上，其電路工作原理圖如圖 55 所示。 12864 點(diǎn)陣型液晶對應(yīng)的 DDRAM 有 1024 個地址，無論是顯示字符還是圖片，靈活設(shè)置起始頁地址和 Y 地址，可以達(dá)到想要的結(jié)果。 注意：無論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)一定要先查忙（對左右半屏讀命令），只有在 BF=0 時才能對 LCD 進(jìn)行操作 （ 3） LCD 初始化 包含開顯示（ 0x3F），起始行（ 0xC0)，設(shè)置起始頁地址（ 0xB8）和 Y 地址（ 0x40），即分別向 LCD 的左右半屏寫命令。則當(dāng)向 12864 的左半屏（ CS1=1,CS2=0）寫（ R/W=0）數(shù)據(jù)（ RS=1）時，總線地址為 0x1111010111111111。 圖 53 液晶顯示地址 為了使液晶點(diǎn)位置信息與存儲地址的對應(yīng)關(guān)系更直觀關(guān)，將 64*64 液晶屏從上至下8 等分為 8 個顯示塊，每塊包括 8 行 *64 列個點(diǎn)陣。 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 24 圖 416 系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電源電路 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 25 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)總體軟件設(shè) 計 本課題 采用 MSP430F169 作為系統(tǒng)微處理器，系統(tǒng) 軟件 功能 框 圖如圖 51 所示 。在經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器 (7805， 7905， 7815， 7915)整出穩(wěn)定 177。 經(jīng)過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn) ZLG7290 的電源要接 ，不然會給單片機(jī)帶來不穩(wěn)定因素。 ZLG7290 的 I2C 接口傳輸速率可達(dá) 32kbit/s 容易與處理器接口并提供鍵盤中斷信號 提高主處理器時間效率。 能夠直接驅(qū)動 8 位共陰 數(shù)碼管（或 64 只獨(dú)立的 LED） ，同時還可以掃描管理多達(dá) 64 只按鍵。 該液晶采用 8 位數(shù)據(jù)口， 2 組電源和地控制， 5 位命令控制端口和 3 位液晶屏亮度控制接口共 20 個接口端。 該液晶 12864 點(diǎn)陣液晶顯示模塊就是由 128*64 個液晶顯示點(diǎn)組成的一個 128 列 *64 行的陣列。設(shè)計要求能帶動 50?的負(fù)載，并且 最大輸出電壓正弦波有效值 ≥10V，這就要求最大電流為 300 mA。而當(dāng)系統(tǒng)的截止頻率為 5MHz 時 R=R1=R2=?， C=C1=C2=15pF。避免了一般濾波電路中兩個參數(shù)互相影響，造成電路設(shè)計的困難。 圖 45 MAX539 內(nèi)部電路圖 MAX539 采用單極性輸出 ， 輸出電壓范圍為 0V～ 2VREFI N， VREFI N 不能大于 VDD 2V， 當(dāng)輸入為 FFFH 時 ， 輸出電壓為 (2VREFI N 4095) / 4096 ， 當(dāng)輸入為 001H時 ， 輸出電壓為 (2VREFI N 1) / 4096。 MAX539 采用的這種“倒置” R 2R 梯形網(wǎng)絡(luò)布。這樣 AD603 的增益與 VG 成線性關(guān)系，方便控制。 模式二： VOUT 與 FDBK 之間外接一個電阻 REXT， FDBK 與 COMN 端之間接一個 的電容頻率補(bǔ)償。但是在正負(fù)電源與地之間一定要加 去耦電容，不然電路會產(chǎn)生自激 振 蕩。 從電路板的布局上進(jìn)行考慮：我們避免在放大器下方走電源線及地線 ， 以減小寄生電容以提高放大器的穩(wěn)定性。在通過運(yùn)算放大器之后由于客觀的諧波失真存在，會出現(xiàn)一定的相位失真的問題。 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 11 系統(tǒng)固有噪聲分析抑 根據(jù)分析 本系統(tǒng)的固有噪聲來源主要有寬帶噪聲、電阻熱噪聲及 1/f 閃爍噪聲。 末級放大級的增益大于 20dB，與中間級放大類似，也要選擇通頻帶內(nèi)平穩(wěn)的電路。 AD603 的控制電壓的微小變化能夠引起增益的較大起伏，需要精確控制。 這樣設(shè)計的寬帶放大器增益范圍 約為 10~70dB，頻帶寬度大于 10MHz。 比較方案一和方案二覺 ，方案一控制簡單而且比較穩(wěn)定 ，但是 本課題 要求截止頻率在 10MHz， 市面上很難買到符合要求的專用濾波器，而且價格偏貴還要買相應(yīng)的可調(diào)電容相匹配 ，實現(xiàn)較 難。但是數(shù)碼管顯示內(nèi)容只能是數(shù)字和幾個特定的字母，顯示內(nèi)容有限，而且在數(shù)碼管用多是占用的 單片機(jī)接口過多，浪費(fèi)單片機(jī)的接口資源。但是 51 單片機(jī)的功耗較大，而且數(shù)據(jù)端口較少，而且受到容量限制，只能完成較簡單的功能。 這種方法簡潔，調(diào)節(jié)方便。以 AD603 為例，單片的 AD603 可以有 40dB 的可調(diào)的增益范圍。再用其他電流型運(yùn)放放大至有效值 10V。 針對上述要求，認(rèn)真考慮實行方案，認(rèn)為放大器可以分為 5 個模塊來設(shè)計分別是前者緩沖級，中間放大級 和帶寬選擇 ， 末 級功率放大， 增益帶寬控制顯示部分 和直 流穩(wěn)壓電源。 電壓增益 AV 可預(yù)置并顯示，預(yù)置范圍為 0～ 60dB，步距為 1dB；放大器的帶寬可預(yù)置并顯示（ 在 5MHz、 10MHz 兩點(diǎn)）。其次，具有可調(diào)功能，能適用實際應(yīng)用中的各種需要，具有更大的靈活性。超寬帶 LNA 與窄帶 LNA 設(shè)計有所不同的是： (1)要在超寬帶內(nèi)實現(xiàn)輸入輸出匹配； (2)要在帶內(nèi)有平坦的增益 。 此可知寬帶放大器在通信系統(tǒng)中起到非常重要的作用， 對于它的要求也越來越高。 利用單片機(jī)及數(shù)字算法控制信號得到了合理的前級放大和精確的放大倍數(shù)，同時由 液晶顯示屏顯示出來 。 前級緩沖級采用超寬帶高壓運(yùn)放OPA642 做電壓跟隨輸入級，中間放大級采用壓控放大器 AD603 配合 AD818 的濾波電路，末級 級 功率 放大 級 是使用 低噪聲的運(yùn)放和高壓高速緩沖器搭配 ，使輸出電壓的有效值得到提高 。寬帶放大器還用于時分多路通信、示波器、數(shù)字電路等方面的 基帶放大器或脈沖放大器（帶寬從幾赫到幾十或幾百兆赫），用于測量儀器的直流放大器（帶寬從直流到幾千赫或更高），以及音響設(shè)備中的高保真度音頻放大器（帶寬從幾十赫到幾十千赫）等。從 2020 年超寬帶批準(zhǔn)應(yīng)用于民用以來，各個大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都爭相對超寬帶低噪聲寬帶放大器進(jìn)行研制。如果在信號幅值變化的情況下，這就要求 LNA 的增益可調(diào)。 最大輸出電壓正弦波有效值 Vo≥10V，輸出信號波形無明顯失真 。 、 圖 11 放大器的幅頻特性曲線 南京師范大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 5 第 2 章 系統(tǒng)的設(shè)計方案 論證 系統(tǒng)總體方案 根據(jù)放大器設(shè)計的要求指標(biāo)，帶寬和增益要求，放大器的帶寬 要求可選， 為 10 MHz和 5 MHz，增益在 0～ 60dB 連續(xù)可調(diào)，并且要求能夠在 50Ω的負(fù)載提供有效值為 10V的正弦波輸出。以 OPA842 為例，利用 OPA842 寬帶增益積打的特點(diǎn)，使輸入 的小信號充分放大。 方案三 ：采用集成寬帶的可調(diào)的增益放大器。 方案二 ：采用集成功率放大芯片。 51 系列的單片機(jī)作為一種通用性很強(qiáng)的單片機(jī) ，具有很強(qiáng)的實用性。七段數(shù)碼管作為最常用的的顯示器，具有編程簡單，而且價格低廉。而且由于要在通頻帶內(nèi)平坦，選用二階的巴特沃斯低通濾波器，通過對電路Q 點(diǎn)的選取可以將通帶內(nèi)增益起伏控制 在要求的范圍內(nèi)。 末級放大級： 用一片電流型運(yùn)放 OPA603 和 2 片 BUF634 組成后級功率放大， 增益為 16dB，帶寬 40MHz。 若使用兩片 AD603 級聯(lián)，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊， 時增益起伏在 以內(nèi)。需要對直流電源輸入作電容電感的∏型濾波，有效濾除 各個芯片電源電壓中 低頻紋波和高頻分量 。 經(jīng)過處理，該方案能較好的抑制零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 。由于調(diào)試時我們使用函數(shù)信號發(fā) 生器，其輸出信號含有各階諧波分量，輸入信號可以分解為多個正弦信號的疊加。 系統(tǒng)各部分電路間阻抗匹配問題：我們的設(shè)計 使本系統(tǒng)各部分電路之間的輸入輸出阻抗匹配 ， 不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且對本系統(tǒng)驅(qū)動容性負(fù)載能力的提高有很大幫助 。 用 OPA642 構(gòu)建 前級跟隨電路如圖 41 所示， OPA642 閉環(huán)帶寬增益積能達(dá)到400MHz，搭建成前級正向跟