【正文】 到25 MHz，但是還要在搭后級(jí)電流消除電路的直流偏置，還要電路對(duì)小信號(hào)跟隨效果不是很好，所以該方案很難滿足系統(tǒng)的要求?？梢娮鲭妷焊S器是帶寬完全能滿足設(shè)計(jì)要求而且在通頻帶內(nèi)很平坦，所以采用OPA642作為前級(jí)緩沖級(jí)。以O(shè)PA842為例，利用OPA842寬帶增益積打的特點(diǎn)，使輸入的小信號(hào)充分放大。但是這種方法采用數(shù)字電位器作為電路中的調(diào)節(jié)增益的部分，但是一般的數(shù)字電位器截止頻率較低。方案二 ：采用帶寬寬帶增益積得運(yùn)算放大器構(gòu)建出增益為60dB的電路。該方案結(jié)構(gòu)簡單，控制也方便。方案三 ：采用集成寬帶的可調(diào)的增益放大器。在10～30dB的模式下有90MHz的帶寬，可以很好的滿足要求。并且AD603采用電壓控制放大，增益與控制電壓成線性關(guān)系，能夠很方便的通過單片機(jī)配合DAC控制。方案一 ：采用分立元件搭建電路。方案二 ：采用集成功率放大芯片。但是集成功放一般用于音頻放大，放大器的帶寬受到限制，很難滿足設(shè)計(jì)的要求。在BURRBROWN公司應(yīng)用手冊中介紹，使用寬帶高壓運(yùn)放OPA603和高速緩沖器和BUF634配合，加入適當(dāng)?shù)姆答?，即可提供電壓增益和電流放大，從而達(dá)到寬帶功放的功能，電路如圖23所示。最終選擇方案三。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(shí)用性。方案二 ：選用TI公司的MSP430F169系列的單片機(jī)處理器。而且功能強(qiáng)大，其中斷功能是其比較突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。比較方案一和方案二，兩款單片機(jī)從功耗和功能上考慮選用MP430單片機(jī)能較好完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(jià)格低廉。方案二 ：選用液晶顯示屏顯示。但是相比數(shù)碼管液晶的成本略顯過高。方案一 ：使用現(xiàn)成的濾波器芯片，如Maxim公司的開關(guān)電容濾波器芯片MAX262，可以實(shí)現(xiàn)低通、高通、和帶通濾波器。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(duì)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)。方案二雖然電路搭建好了后截止頻率不變，但是本課題只設(shè)定了2個(gè)截止頻率。第3章 系統(tǒng)的理論分析與計(jì)算 帶寬增益積分析設(shè)計(jì)要求放大器的最大電壓增益AV≥60dB，即1000倍，3dB 通頻帶 0～10MHz，則系統(tǒng)總的帶寬增益積要求為1000 10MHz = 1GHz。主要指標(biāo)分配為 ： 前級(jí)緩沖級(jí)：用一片OPA642做成前級(jí)電壓跟隨器，電壓增益為0dB，帶寬200MHz；中間放大級(jí)：用兩片AD603級(jí)聯(lián)，選10～30dB模式，兩片最終增益 20~60dB，帶寬60MHz ；中間低通濾波器：用兩片AD818搭建2階有源濾波器，分別為5 MHz和10 MHz的低通濾波器。這樣設(shè)計(jì)的寬帶放大器增益范圍約為10~70dB，頻帶寬度大于 10MHz。輸入級(jí)OPA642末級(jí)功率放大OPA 603程控電壓放大器 AD603有源濾波器AD811程控電壓放大器 AD603單片機(jī)控制DA電壓輸出圖31 總體電路框圖 通頻帶內(nèi)增益起伏控制分析系統(tǒng)通頻帶內(nèi)的增益起伏同時(shí)受到濾波器和各級(jí)運(yùn)算放大器的帶內(nèi)增益平坦度的影響。選擇作跟隨器時(shí)增益穩(wěn)定的運(yùn)放，使用OPA642 以下 。濾波器的帶內(nèi)增益起伏受到濾波器Q點(diǎn)選取而變化，巴特沃斯濾波器通帶內(nèi)比較平坦， dB以下。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。但是實(shí)際過程中兩邊AD603級(jí)聯(lián)在增益過大時(shí)會(huì)產(chǎn)生共激震蕩，造成整個(gè)電路不穩(wěn)定。但是如果將濾波器加在兩片AD603中間時(shí)，可以消除這種情況。直流電源的供電的穩(wěn)定性也會(huì)對(duì)各級(jí)放大產(chǎn)生影響。末級(jí)放大級(jí)的增益大于 20dB，與中間級(jí)放大類似，也要選擇通頻帶內(nèi)平穩(wěn)的電路。圖32 OPA603幅頻響應(yīng) 抑制零點(diǎn)漂移分析我們設(shè)計(jì)使用了高質(zhì)量的穩(wěn)壓直流電源和部分經(jīng)過老化實(shí)驗(yàn)的元件，可大大減小由此而產(chǎn)生的漂移。中間級(jí)的零點(diǎn)漂移也不可忽略，AD603的電壓偏移最大為 20mV，經(jīng)過 60dB 放大理論上可以產(chǎn)生最大 20V 的輸出失調(diào)電壓，因此必須進(jìn)行調(diào)零。因此對(duì)OPA603 也要進(jìn)行調(diào)零。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。為了避免電阻熱噪聲， 我們在系統(tǒng)中應(yīng)用低噪聲電阻作為反饋回路的電阻，在不影響放大器頻率響應(yīng)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=公式計(jì)算。最后：對(duì)于1/f 閃爍噪聲，長可將其歸一化為1Hz 噪聲，利用電壓頻譜密度曲線給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 線性相位分析與計(jì)算如果一個(gè)頻率為ω 的正弦信號(hào)通過系統(tǒng)后，它的相位落后 ?，則該信號(hào)被延遲了? /ω的時(shí)間。在通過運(yùn)算放大器之后由于客觀的諧波失真存在，會(huì)出現(xiàn)一定的相位失真的問題。影響相位線性度的最重因素是濾波網(wǎng)絡(luò)的相頻特性。綜合考慮，采用較低階數(shù)的其他種類濾波器來使相位非線性盡減小。(a)5MHz截止頻率的巴特沃斯濾波器 (b)10 MHz截止頻率的巴特沃斯濾波器圖33對(duì)于放大器的穩(wěn)定性分析，我們主要考慮三個(gè)方面的問題：由于采用三級(jí)放大器級(jí)聯(lián)的方式，為了減少高頻自激和消振困難，在相鄰的放大器之間加入電壓跟隨器作隔離； 同時(shí)， 為了消除內(nèi)阻引起的寄生震蕩，還要在運(yùn)放電源端就近接去耦電容。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。并且盡量減少信號(hào)走線長度來減小寄生效應(yīng)的影響。OPA642是一款超寬帶低噪聲運(yùn)算放大器。5V供電，在作為增益為1的電壓跟隨器是其貸款可以達(dá)到400 MHz超低噪聲， ，在正弦信號(hào)有效值為10mV時(shí)引入噪聲量小于1%，可以忽略不計(jì)。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(huì)產(chǎn)生自激振蕩。圖中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端(V INP) 的信號(hào)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。以上特點(diǎn)很適合構(gòu)成程控增益放大器。圖42 AD603內(nèi)部原理圖當(dāng)VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時(shí)，有三種模式可供選擇。模式二：VOUT與FDBK之間外接一個(gè)電阻REXT。當(dāng)REXT=，增益范圍為1~+41dB。當(dāng)VG在500mV~+500mV范圍內(nèi)以40dB/V（既25mV/dB）進(jìn)行線性增益控制，增益G(dB)與控制電壓VG之間的關(guān)系為：G(dB）=40VG+Goi（i=1，2，3），其中VG=VGPOSVGNEG（單位為伏特），Goi分別為三種不同模式的增益常量：GO1=10dB，GO2=10~30dB（由REXT決定，當(dāng)REXT=，GO2=20dB），GO3=30dB。圖43 AD603增益與控制電壓曲線根據(jù)本課題要求，選用AD603的模式一將VOUT與FDBK短路，~+ dB。這樣AD603的增益與VG成線性關(guān)系，方便控制。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。它具有接口簡單、轉(zhuǎn)換時(shí)間短、功耗低、體積小等特點(diǎn)。MAX539的內(nèi)部電路圖如圖45所示。MAX539采用的這種“倒置”R 2R梯形網(wǎng)絡(luò)布。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(dòng)2kΩ和100pF的負(fù)載。故基準(zhǔn)電壓決定了 DAC全碼時(shí)轉(zhuǎn)換輸出電壓的大小。推薦使用的基準(zhǔn)電壓源為 MAXIM公司的MAX873A。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(shí) ，輸出電壓為 (2VREFI N4095) / 4096 ，當(dāng)輸入為 001H時(shí) ，輸出電壓為(2VREFI N1) / 4096。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)*4095/40961000 0000 0001+2(VREFIN)*2049/40961000 0000 0000+2(VREFIN)*2048/4096=+VREFIN0111 1111 1111+2(VREFIN)*2047/40960000 0000 0001+2(VREFIN)*1/40960000 0000 00000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(gè)檔位，實(shí)現(xiàn)60/1024= dB的步進(jìn)，完全滿足設(shè)計(jì)中的要求。圖46 MAX539產(chǎn)生控制電壓電路 濾波電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求放大器的帶寬在5MHz、10MHz 兩點(diǎn)可預(yù)置并顯示。經(jīng)過比較，選擇二階有源巴特沃斯濾波器作為本課題濾波器，經(jīng)典濾波電路如圖47所示。避免了一般濾波電路中兩個(gè)參數(shù)互相影響，造成電路設(shè)計(jì)的困難。電路的截止頻率f=1/2πRC ，電路的增益K=31/Q=1+R4/R3。Q點(diǎn)決定電路幅頻特性曲線的穩(wěn)定度。設(shè)計(jì)要求截止頻率為10MHz和5MHz。而當(dāng)系統(tǒng)的截止頻率為5MHz時(shí)R=R1=R2=， C=C1=C2=15pF。通過單片機(jī)給信號(hào)控制一組繼電器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的的帶寬的變化，電路設(shè)計(jì)如圖48所示。2）W，在通頻帶內(nèi)的起伏控制在1 dB以內(nèi)，且最高頻率能達(dá)到10MHz。圖49 OPA603內(nèi)部原理圖能在177。設(shè)計(jì)要求能帶動(dòng)50W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。BUF634是超寬帶高壓高速緩沖器，內(nèi)部原理圖如圖410所示。 ~18V電壓下供電正常工作。最終選用一片OPA603和2片BUF634搭配從而能較好滿足題設(shè)的要求，最終設(shè)計(jì)電路如圖411所示圖中OPA642提供16 dB的電壓增益，通過和BUF634的搭配，提供至少300mA的電流輸出。該液晶12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊就是由128*64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128列*64行的陣列。存儲(chǔ)這些點(diǎn)陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖形或漢字的點(diǎn)陣信息當(dāng)然由自己設(shè)計(jì)，問題的關(guān)鍵就是顯示點(diǎn)在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲(chǔ)器中的地址之間的關(guān)系。左右半屏驅(qū)動(dòng)電路及存儲(chǔ)器分別由片選信號(hào)CS1和CS2選擇。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(gè)接口端。液晶接口連接圖如圖412所示，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)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。圖412 液晶接口電路 鍵盤接口電路系統(tǒng)為方便輸入輸出，才用4*4的陣列式鍵盤作為本課題的輸入設(shè)置端口?？紤]上述因素決定采用成熟的鍵盤接口芯片，經(jīng)過查找最終選用鍵盤接口管理芯片ZLG7290作為鍵盤和單片機(jī)中間級(jí)，大大節(jié)省了單片機(jī)接口資源。能夠直接驅(qū)動(dòng) 8位共陰數(shù)碼管（或 64 只獨(dú)立的 LED） ，同時(shí)還可以掃描管理多達(dá) 64 只按鍵。另外 ZLG7290B 內(nèi)部還設(shè)置有連擊計(jì)數(shù)器，能夠使某鍵按下后不松手而連續(xù)有效。ZLG7290的從地址為70H，器件內(nèi)部通過I2C總線訪問的寄存器地址范圍為00H~17H，任一寄存器都可按字節(jié)直接讀寫，并支持自動(dòng)增址功能和地址翻轉(zhuǎn)功能。SCL為其與微機(jī)的時(shí)鐘接口而SDA為其與微機(jī)的數(shù)據(jù)接口。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(hào) 提高主處理器時(shí)間效率。ZLG7290的I2C總線通信接口主要由3個(gè)引腳構(gòu)成：SDA、SCL和INT，引腳接口如圖414所示。為了使電源更加穩(wěn)定，一般要在Vcc到GND之間接入47～470uF的電解電容C30。晶振通常取值8MHz，調(diào)節(jié)電容C3和C4 通常取值在 10pF左右。不然會(huì)給單片機(jī)帶來不穩(wěn)定因素。圖415 鍵盤管理芯片ZLG7290電路圖 穩(wěn)壓電源電路由于設(shè)計(jì)要求自制穩(wěn)壓電源，從220V交流電要得到177。15V直流電壓，作為系統(tǒng)的供電電壓。例如本課題信號(hào)有效值在