高增益带宽积的电子放大器装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高增益带宽积的电子放大器装置，包括具有高增益带宽积的高频放大器、用于输入预置电压的键盘控制电路、用于调控输入所述高频放大器的电压信号的现场可编程门阵列电路和电源电路；所述现场可编程门阵列电路和电源电路分别与所述高频放大器连接；所述键盘控制电路与所述现场可编程门阵列电路连接。采用本实用新型所述的高增益带宽积的电子放大器装置，具有低噪声、低失真度、宽频带和连续可调频率的特点。
【专利说明】
高増益带宽积的电子放大器装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子放大器领域，尤其涉及一种高增益带宽积的电子放大器装置。
【背景技术】
[0002]由于移动通信、数字电视、光纤传输等通信科技的飞速发展与技术的更新换代使得放大器在当今的科技领域中扮演的角色越来越重要。信号放大器在通信时代日趋活跃，人与人之间的交流越来越依赖网络的时代，人们对短视频和语音信号的低噪声处理和高倍数(高增益)放大也越来越高要求。
[0003]在高增益和高宽带以及低噪声的工艺上，传统上的放大器一般都是很难三者一起满足，因为在一定的硬件条件下增益带宽积是一个常数，增益过高，对应的频带宽度理论上一定会相应的缩短。在此基础上的追求更高频带上的宽频带和更大范围的增益控制更是一个发展的趋势。
[0004]在保证高增益、高频段的基础上，放大信号一般不容易拥有低失真度和较大宽频带，特别是在输入信号频率过高且幅度过小，输出的放大信号的噪声会比较大且伴随有一定程度的失真。
【实用新型内容】
[0005]为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种高增益带宽积的电子放大器装置，具有低噪声、低失真度、宽频带和连续可调的高增益的特点。
[0006]为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现的:
[0007]本实用新型所述的高增益带宽积的电子放大器装置，包括具有高增益带宽积的高频放大器、用于输入预置电压的键盘控制电路、用于调控输入所述高频放大器的电压信号的现场可编程门阵列电路和电源电路;所述现场可编程门阵列电路和电源电路分别与所述高频放大器连接;所述键盘控制电路与所述现场可编程门阵列电路连接。
[0008]进一步地，所述高频放大器包括顺次连接的低噪声固定增益的宽带放大模块、第一阻抗匹配网络电路、线性压控增益的宽带放大模块、第二阻抗匹配网络和射频功率放大丰旲块;
[0009]所述高频放大器还包括分别与低噪声固定增益的宽带放大模块、第一阻抗匹配网络电路、线性压控增益的宽带放大模块、第二阻抗匹配网络和射频功率放大模块连接的电压转换供应模块，用于给以上所述各模块提供适配的电压；
[0010]所述低噪声固定增益的宽带放大模块将外部输入的高频小信号的幅度进行预置的放大倍数的放大，并且抑制低频噪声和高频杂波，该处理后的信号经过所述第一阻抗匹配网络电路经过阻抗匹配过渡，输送到所述线性压控增益的宽带放大模块进行增益放大，在输送至所述第二阻抗匹配网络再次经过阻抗匹配过渡，输送到所述射频功率放大模块进行扩流处理提高信号的电流的幅度，获取高增益带宽积的信号。
[0011]进一步地，所述高频放大器前端和末端都各设有第三阻抗匹配网络电路，用于保证输入高频放大器和从高频放大器输出的信号不失真。
[0012]进一步地，所述电源电路内还设有滤波电路，用于避免电源电路自身引起的噪声。
[0013]进一步地，所述现场可编程门阵列电路还连接有液晶显示电路，用于显示现场可编程门阵列电路调控的预置电压的倍数以及信号的具体波形。
[0014]进一步地，所述现场可编程门阵列电路内还设有数模转换电路，用于将键盘控制电路输出的数字控制信号转换为模拟的电压信号，输入到所述线性压控增益的宽带放大模块进行电压信号的放大。
[0015]进一步地，所述现场可编程门阵列电路内还设有模数转换电路，用于将经过所述线性压控增益的宽带放大模块放大的模拟电压信号转换为数字电压信号，以便与所述键盘控制电路预置的倍数进行比较。
[0016]进一步地，所述第一阻抗匹配网络电路、第二阻抗匹配网络电路和第三阻抗匹配网络电路包括电阻和电容组成的电路。
[0017]进一步地，所述第一阻抗匹配网络电路、第二阻抗匹配网络电路和第三阻抗匹配网络电路是T型网络电路或者JT型网络电路。
[0018]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0019]本实用新型所述的高增益带宽积的电子放大器装置，通过选用具有高增益带宽积的高频放大器，从而在满足高增益、宽频带的前提下，然后借助所述现场可编程门阵列电路输入控制电压信号至所述高频放大器，所述高频放大器将所述控制电压信号放大后，输出至所述现场可编程门阵列电路，所述现场可编程门阵列电路接收放大后的电压信号后经过换算出放大的倍数，将实际放大的倍数与所述键盘控制电路预置的倍数进行比较，直至实际放大的倍数在预置的倍数所允许的误差范围内，实现高增益、低噪声和低失真度的平衡。
【附图说明】
[0020]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明，其中:
[0021]图1是本实用新型实施例提供的所述高增益带宽积的高频放大器装置的电路框图；
[0022]图2是本实用新型实施例提供的所述高增益带宽积的高频放大器装置中的高频放大器的电路框图；
[0023]图3是本实用新型实施例提供的所述高增益带宽积的高频放大器装置中的第一、第二或者第三阻抗匹配网络电路的基本η型网络电路图。
[0024]图中:
[0025]1:高频放大器
[0026]11:低噪声固定增益的宽带放大模块12:第一阻抗匹配网络电路
[0027]13:线性压控增益的带宽放大模块14:第二阻抗匹配网络电路
[0028]15:射频功率放大模块16:电压转换供应模块
[0029]2:现场可编程门阵列电路
[0030]21:数模转换电路22:模数转换电路
[0031]3:键盘控制电路
[0032]4:电源电路
[0033]41:滤波电路
[0034]5:第三阻抗匹配网络电路6:液晶显示电路
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0036]如图1所示，本实用新型所述的高增益带宽积的电子放大器装置，包括有高频放大器1、现场可编程门阵列电路2、键盘控制电路3和电源电路4;所述现场可编程门阵列电路2和电源电路4分别与所述高频放大器I连接。
[0037]其中，所述电源电路用于提供所述高频放大器1、现场可编程门阵列电路2和键盘控制电路3的电力来源;所述高频放大器I配合现场可编程门阵列电路2以及键盘控制电路3完成、高增益、低噪声和低失真度的平衡。
[0038]所述现场可编程门阵列电路2输入控制电压信号至所述高频放大器1，所述高频放大器I将所述控制电压信号放大后，输出至所述现场可编程门阵列电路2，所述现场可编程门阵列电路2接收放大后的电压信号后，经过换算出放大的倍数，将实际放大的倍数与所述键盘控制电路3预置的倍数进行比较，直至实际放大的倍数在预置的倍数所允许的误差范围内，从而实现平衡。
[0039]所述现场可编程门阵列电路2是专用集成电路领域中的一种半定制电路，在本实用新型中，所述现场可编程门阵列电路2上设有一个数模转换电路21，用来实现数模转换，将键盘控制电路3传输的具体数字控制信号转换为模拟的电压信号，并且传输至所述高频放大器I对该模拟的电压信号放大，以实现信号放大;所述现场可编程门阵列2同时还设有模式转换电路22，用以实现采集高频放大器I输出的经过放大的电压信号，并且通过模数转换电路将模拟的电压信号转换为数字信号，并且经过比例运算求出对应的实际放大的倍数，然后和之前的键盘控制电路3的预置倍数进行比较，得到一个差值，若改差值在预设的误差允许范围内，则保持数模转换端的电压信号值，否则不断反馈微调控制电压信号值，直至达到误差允许的范围，也就最终实现高增益、低噪声和低失真度的目的。
[0040]如图2所示，所述高频放大器I包括低噪声固定增益的带宽放大模块11、第一阻抗匹配网络电路12、线性压控增益的宽带放大模块13、第二阻抗匹配网络电路14、射频功率放大模块15和电压转换供应模块16，所述低噪声固定增益的带宽放大模块11、第一阻抗匹配网络电路12、线性压控增益的宽带放大模块13、第二阻抗匹配网络电路14和射频功率放大模块15顺次连接，并且所述电压转换供应模块16分别与以上各模块连接，是电源及滤波电路转换过来的较纯净电压，经过降压、整流、稳压后，对应不同稳压芯片，输出不同稳定电压作为以上各模块中各个电路的工作电源。
[0041]所述低噪声固定增益的宽带放大模块11其接收外部输入的高频小信号，将所述高频小信号的幅度进行预置放大倍数进行放大，同时抑制大部分的低频噪声和高频杂波。所述低噪声固定增益的宽带放大模块11是以芯片0pa847为主模块，外围电路以运放的电压反馈型电路为参考进行搭建，采用单片集成，所述低噪声宽带放大芯片0PA847有3.9GHz，
0.85nV/Hz的低噪声、工作带宽在0_600MHz的频带，这样可以保证在带宽足够大的基础上，可有效抑制噪声，保证输出的噪声尽量降到最小，保证波形的纯净度，同时电路搭建简单，调试方便。其作为高频放大器的前置端，能够有效地保证后级电路的性能优异。
[0042]所述第一阻抗匹配网络电路12保证低噪声固定增益的宽带放大模块11与现行压控增益的宽带放大模块之间的匹配;所述第二阻抗匹配网络电路14保证现行压控增益的宽带放大模块13与射频功率放大模块15之间的匹配。
[0043]所述线性压控增益的宽带放大模块13接收来自低噪声固定增益的宽带放大模块11的高频信号，实现将信号在一定宽频带条件下，可以连续控制增益，将增益再进一步放大到一定的倍数。所述线性压控增益的宽带放大模块13采用500M带宽、-2.5-42.5dB增益调节范围的放大器AD8367搭建可控增益放大电路，芯片外围电路采用运放的电压反馈连接方式，放大的增益与控制电压有线性关系，控制关系高，稳定性优良，控制电压由现场可编程门阵列电路2控制数模转换电路21产生，其增益控制精度取决于数模转换电路21的位数，可实现增益的连续可调，放大器AD8367可实现频带较宽且增益调节可得到60dB(1000倍)的放大倍数。
[0044]所述射频功率放大模块15接收来自线性压控增益的宽带放大模块13的高频信号，利用扩流的方式提高信号的电流，在信号电压幅度经过前两级的放大后达到较高的电压的情况下，用提升电流的幅度来提高功率的同时，保证信号具有较高的频带宽度，从而保证信号经过高频放大器I后能够产生高增益带宽积的信号。考虑到射频功率放大模块15作为最后一级电路，此时的电压已经从原先的几毫伏特增大到几伏特，增加了 1000来倍，同时信号的频率最高是300MHz高频，为了实现信号的不失真，我们采用集成芯片RF2317为主构成的射频功率放大模块，该芯片可工作在工作频率最高为3.0GHz的频率下，输出电压可以大大可以满足系统要求，最后可以输出高增益、低失真度、低噪声的高频信号，且具有30MHz?300MHz的宽频带。
[0045]于此同时，为了提升所述高频放大器I在接入信号以及输出信号过程中的信号不失真问题，在所述高频放大器I前端和末端各设置一第三阻抗匹配网络电路5。所述第三阻抗匹配网络电路5是为了实现信号在不同电路模块之间过渡的时候不失真，并且保证最大功率的传输，在保证信号通频带内具有良好的平坦度。位于高频放大器I前端的第三阻抗匹配网络电路5用以与输入的信号源进行匹配，保证输入信号的不失真;位于高频放大器末端的所述第三阻抗匹配网络电路5保证与示波器的匹配，使得输出的波形不失真。
[0046]为了提高所述电源电路4给高频放大器I提供电力来源的过程总，避免电源电路供电过程中自身产生的噪声，所述电源电路4内设设有滤波电路。所述电源电路4给整个装置供电的，经过降压器、整流、稳压后传输电压到各个电路。电源端到电路端之间采用滤波电路，所述滤波电路采用低频电容和高频电容并联接地的方式，实现滤除电源里面的噪声和杂波，避免从电源端引入噪声对信号放大有所影响。
[0047]所述高增益带宽积的电子放大器装置的稳定性取决于装置的相位裕量，即放大器开环增益为OdB时的相位与180度的差值。由于信号通过运放及反馈回路的过程中产生附加相移，产生自激。本装置设计中，反馈均为运放单级电压反馈，注意到每级运放自身产生的附加相移均小于180度，部分反馈电阻上可并联反馈电容，构成超前相位补偿来减小输入杂散电容的影响，通过PCB合理布线，使反馈回路产生的相移最小。每个芯片的电源与地之间搭建η或T型网络滤波，级与级之间采用阻抗匹配，用于抑制噪声。
[0048]相对于现有技术，本实用新型的高增益带宽积的电子放大器装置通过利用集成芯片为主搭建具有高增益宽带积的控制增益宽带放大器模块，搭配滤波网络、阻抗匹配网络实现抑制噪声功能，现场可编程门阵列电路2实现数字控制放大器增益的功能;本实用新型是以硬件电路实现，脱离了对计算机的依赖，具有响应及时等优点。
[0049]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 包括具有高增益带宽积的高频放大器、用于输入预置电压的键盘控制电路、用于调控输入所述高频放大器的电压信号的现场可编程门阵列电路和电源电路； 所述现场可编程门阵列电路和电源电路分别与所述高频放大器连接； 所述键盘控制电路与所述现场可编程门阵列电路连接。2.根据权利要求1所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述高频放大器包括顺次连接的低噪声固定增益的宽带放大模块、第一阻抗匹配网络电路、线性压控增益的宽带放大模块、第二阻抗匹配网络和射频功率放大模块； 所述高频放大器还包括分别与低噪声固定增益的宽带放大模块、第一阻抗匹配网络电路、线性压控增益的宽带放大模块、第二阻抗匹配网络和射频功率放大模块连接的电压转换供应模块，用于给以上所述各模块提供适配的电压； 所述低噪声固定增益的宽带放大模块将外部输入的高频小信号的幅度进行预置的放大倍数的放大，并且抑制低频噪声和高频杂波，该处理后的信号经过所述第一阻抗匹配网络电路经过阻抗匹配过渡，输送到所述线性压控增益的宽带放大模块进行增益放大，在输送至所述第二阻抗匹配网络再次经过阻抗匹配过渡，输送到所述射频功率放大模块进行扩流处理提高信号的电流的幅度，获取高增益带宽积的信号。3.根据权利要求2所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述高频放大器前端和末端都各设有第三阻抗匹配网络电路，用于保证输入高频放大器和从高频放大器输出的信号不失真。4.根据权利要求1所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述电源电路内还设有滤波电路，用于避免电源电路自身引起的噪声。5.根据权利要求1所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述现场可编程门阵列电路还连接有液晶显示电路，用于显示现场可编程门阵列电路调控的预置电压的倍数以及信号的具体波形。6.根据权利要求2所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述现场可编程门阵列电路内还设有数模转换电路，用于将键盘控制电路输出的数字控制信号转换为模拟的电压信号，输入到所述线性压控增益的宽带放大模块进行电压信号的放大。7.根据权利要求2所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述现场可编程门阵列电路内还设有模数转换电路，用于将经过所述线性压控增益的宽带放大模块放大的模拟电压信号转换为数字电压信号，以便与所述键盘控制电路预置的倍数进行比较。8.根据权利要求3所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述第一阻抗匹配网络电路、第二阻抗匹配网络电路和第三阻抗匹配网络电路包括电阻和电容组成的电路。9.根据权利要求8所述的高增益带宽积的电子放大器装置，其特征在于: 所述第一阻抗匹配网络电路、第二阻抗匹配网络电路和第三阻抗匹配网络电路是T型网络电路或者η型网络电路。
【文档编号】H03F1/56GK205566232SQ201620343492
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】余伟江, 余伟浩
【申请人】华南师范大学