一种低噪声高增益零中频放大器的设计与实现

最后一级主要是提高驱动能力并进一步提高增益，需要选用输出电流能力大的运算放大器。选用LMH6643，该芯片集成了两个运放，可分别为前面的差分信号提供服务，可用±5 V供电，线性输出电流达±75 mA，压摆率为130V/μs.图4给出了反相信号的放大电路原理图，正相信号与反相信号的工作原理一致，采用的也是多路反馈结构，放大倍数为7倍，R19=2 kΩ，这个电阻特别重要，不合适的值会引起信号的失真。

2设计结果

原理图设计完成后就开始PCB的制作，使用Cadence公司的OrCAD软件画PCB板。由于零中频放大器前级通常是高频电路，为防止高频信号泄漏对其产生干扰，同时也为了安装方便，将零中频放大器电路板装配在金属盒中，设计的电路板为单面板，底层全为地。设汁的电路板尺寸为45 mm×25 mm.图5和图6为设计的PCB与实物图。


图5 实际PCB图

图6 装配好的实物图

3测试结果

对设计好的零中频放大器电路板进行焊接和装配，采用±8 V供电，经过7905和7805两款稳压芯片后得到-5 V和+5 V，为设计中用到的运算放大器芯片OPA1612，ADA4941-1，LMH6643进行供电。


图7 测试结果

图7（a）为输入信号峰峰值为2 mV，频率为50 kHz时的波形，其输出峰峰值为5.6 V，可得到该放大器的增益为68.9 dB；图7（b）给出了50 kHz时的频谱特性，其中在61 kHz处的频谱是由信号源本身自带的，与设计的系统无关；图7（c）显示了整个系统的滤波特性，其3 dB带宽约为150 kHz，由于设计中采用了巴特沃斯滤波器结构，在150 kHz内的频率响应曲线比较平滑，观察频谱幅度可以发现信号比噪声幅度至少大40 dB，抑制噪声效果良好；图7（d）显示了用ADA4941-1芯片来实现单端转差分的测试结果，可以看出，在4倍放大的情况下相位偏差与幅度偏差均非常小；图7（e）为测试信号不失真情况下最大可输出电压峰峰值为9.8V.从以上测试结果可以看出，设计效果良好，实现了低噪声、高增益的目标。

4结论

文中主要阐述了一种低噪声零中频放大器的设计原理与实现，重点介绍了设计依据、芯片选择及其工作原理，并简单介绍了设计中该注意的问题。该系统目前已通过最终的测试，测试结果良好，实现了低噪声、高增益的设计目标。