一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器的制作方法

本实用新型属于雷达领域，涉及一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器。
背景技术：
：在雷达设备中，为了使接收机具有更宽的动态范围，往往需要用到真对数放大器，将天线接收到的功率等级相差很大的射频信号，放大至相近的功率等级输出给后端。传统的真对放采用双增益型电路结构，由若干的高增益限幅放大器和增益放大器级联组成，若需要越高的动态范围就需要越多的双增益电路单元级联，每一级通常具有约25ma左右的静态电流，10db的动态范围，假如需要90db的动态范围，则需要九级级联，总静态电流约225ma，静态功耗就超过1.1w，工作时的功耗更是可能达到1.5w以上。另一方面，各级放大器之间采用交流耦合，需要逐级调试，费时费力，而且集成化程度低，往往需要模块化的体积大小。另一种较新型的真对放采用adi公司的ad8309集成芯片，搭配外围电路可以较小体积内实现高动态范围的真对放，如专利公开号cn101938255a的真对放。但是由于ad8309的斜率为20mv/db，纵截距为721mv(输入功率为0dbm时，ad8309的输出幅值为721mv，即在50欧姆阻抗下输出功率为10dbm)，因此该类真对放的斜率通常都只能是20mv/db，纵截距也固定是721mv，这类真对放虽然解决了传统真对放的体积和功耗问题，但是由于其斜率和截距固定的弊端，在实际应用中也充满了局限性。技术实现要素：本实用新型的目的在于：提供了一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器，解决了市面上这两种真对放的弊端，在极小的体积下具有更大的动态范围，良好的功耗，并且可以根据实际应用需求，十分简单地调节本真对放的斜率。本实用新型采用的技术方案如下：一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器，真对数放大器包括对数放大单元和斜率与截距调整单元，其中：所述对数放大单元包括对数放大器芯片ad8309、ad8309接收输入端的射频信号经过对数放大后输送到后端的斜率与截距调整单元；共包括16个引脚；2号引脚vps1和15号引脚vps2为供电引脚：供电电压依次通过由电容c3、电感l1、电容c4构成的电源滤波电路、电阻r8，输向ad8309的两个供电引脚；4号引脚和5号引脚为射频信号差分输入端：电容c7一端连接射频信号输入接口、另一端并联4号引脚和电感l2，电感l2并联5号引脚和电容c8的一端、电容c8另一端；8号引脚是使能引脚：并联供电电压、通过电容c9接地；12号引脚和13号引脚是射频信号差分输出端；16号引脚和9号引脚连接后端的斜率与截距调整单元；所述斜率与截距调整单元包括双路运放的芯片ad8052arm；共包括8个引脚；电阻r4一端连接输入电压，另一端并联电阻r2的一端和电阻r5的一端，其中电阻r2另一端接地，电阻r5另一端并联2号引脚、电容c1的一端和电阻r1的一端，电阻r1的另一端并联电容c1的另一端和电阻r9的一端；电容c1的另一端连接1号引脚；所述电阻r9的另一端并联5号引脚和电阻r12的一端，电阻r12的另一端接地；ad8309的16号引脚连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端并联电阻r7一端和电阻r11一端，其中电阻r11的另一端接地、电阻r7的另一端并联4号引脚和电阻r10的一端，电阻r10的另一端接地；ad8309的9号引脚连接三极管u2的集电极、三极管u2的基级与7号引脚连接、三极管u2的发射级并联6号引脚和电阻r13的一端、电阻r13的另一端接地；8号引脚并联正电源端和电容c2的一端，电容c2的另一端接地。传统的真对数放大器首先是体积大：功耗大：通常在1.5w以上；斜率和截距无法灵活调整：采用ad8309芯片制成的新型真对放斜率都是20mv/db，纵截距都是721mv，局限性很大。本实用新型为了解决传统问题的不足，供电电压通过由c3、l1、c4构成电源滤波电路，输向ad8309的两个供电引脚vps1和vps2，ad8309的4号和5号引脚为射频信号差分输入端，c7、l2、c8、r16是输入匹配电路。8号引脚是使能引脚，高电平时器件工作。12号和13号引脚是射频信号差分输出端，将被对数放大的信号输送给后面的动态范围扩展单元。16号引脚和9号引脚连接后面的斜率截距调整单元，其中16号引脚输出斜率为20mv/db，纵截距为721mv的直流检波电压，9号引脚用以调整ad8309内部集成的射频限幅放大器的输出功率，该引脚流经的电流越大，则ad8309内部限幅放大器的输出功率越大；ad8052的第一个运放，用作加法乘法混合运算的运算放大器。如图所示，将ad8309的16号引脚输送过来的检波电压(该电压的斜率和纵截距由ad8309决定了分别是20mv/db和721mv)，经由r1、r2、r4、r5、r6、r7、r10、r11与ad8052内部的第一个运放组成的加法乘法混合运算放大器，调整为所需要的斜率和截距的检波电压信号，由out1引脚输送给ad8052内部的第二个运放，该运放与外部的三极管mmbt2222alt1g共同起到由电压调节电流的作用，三极管的集电极与对数放大器芯片ad8309的9号脚相连，通过调整r9和r12的值改变ad8052的5号引脚的电压，以此改变外部三级管u2的导通电流，也就改变了ad8309的输出功率；实现了功耗小：5v供电下，工作电流最大只有50ma，功耗仅0.25w；斜率和截距可调，通过调节常规的电阻r器即可轻松方便地调节真对放的斜率和截距，满足不同系统和不同应用场景。一致性好：调试一次后批量生产，技术指标几乎没有波动，好调试好量产。所述真对数放大器还包括动态范围扩展单元，所述动态范围扩展单元包括射频放大器芯片ag303-63；共包括6个引脚；ad8309的13号引脚串联电容c13、电阻r19、电容c14和3号引脚rfin；其中ad8309的13号引脚与电容c13的连接线路上连接电感l4的一端，电感l4另一端并联ad8309的12号引脚和电容c17的一端，所述电容c17的另一端通过电阻r21接地；6号引脚rfout并联电容c15的一端和电感l3的一端；其中电容c15的另一端通过电容c16射频输出；电感13另一端并联接地电容c10、接地电容c11、电阻r17的一端，所述电阻r17另一端接电源。传统的真对数放大器动态范围受到限制：若想实现越高动态范围的真对放，就需要越大的体积和越大的功耗，导致真对放的动态范围往往最高只有60db到80db；本实用新型可以任意调整斜率与截距的高动态范围(90db)、低功耗(最大0.25w)、小体积(22mm*12mm*5mm)真对放。ad8309的12引脚和13引脚输出的差分射频信号，经过c13、c17、l4、r21组成输出匹配电路，输向射频放大器ag303-63的输入端，放大最多20db后输出最终的对数放大信号。在整个放大链路上，可以通过改变r17或r19的阻值，调整放大倍数，也间接调整了对数放大器的动态范围。总的来说，本实用新型所设计的对数放大器电路原理可以总结为输入信号经过ad8309芯片，输出两路信号，一个是16号引脚输出的对数检波信号(直流电压)，一个是12和13引脚的差分射频信号，16引脚的检波电压传递给后面的斜率截距调整单元，经过一系列的斜率和截距调整后，返回给ad8309的9号引脚，用以改变ad8309的12和13引脚的射频输出信号，最后该射频信号再传递给末端的放大器ag303-63，放大至多20db，也就是扩大至多20db动态范围后最终输出。所述电阻r8的输出端输出两路电压、一路电压并联电阻r15的一端、电容c6的一端；电阻r15另一端连接15号引脚、电容c6的另一端接地；另一路电压并联电阻r14的一端、电容c5的一端；电阻r14的另一端连接2号引脚、电容c5的另一端接地。串联的r8用以根据外部电源电压来平衡vps1/2引脚的电压幅度；r8＝(vs-3v)/25ma，当外部5v供电时，r8＝80ω，实际采用82ω的电阻r器。所述供电电压为5v，其中16号引脚输出斜率为20mv/db，纵截距为721mv的直流检波电压。本实用新型功耗小：5v供电下，工作电流最大只有50ma，功耗仅0.25w；动态范围大：可达90db以上；斜率和截距可调，通过调节常规的电阻r器即可轻松方便地调节真对放的斜率和截距，满足不同系统和不同应用场景。一致性好：调试一次后批量生产，技术指标几乎没有波动，好调试好量产。所述真对数放大器采用印制电路板表贴焊接形成，还包括与印制电路板匹配的金属屏蔽罩。本实用新型的真对数放大器整体体积小。所述印制电路板和金属屏蔽罩的长均为22mm、宽均为12mm。传统的真对数放大器体积大：往往要做到模块级大小；本实用新型的真对数放大器体积小：只有22*12*4mm，属于器件级封装。综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：1.由c3、c4、l1组成的电源滤波电路，在极小体积和极少器件的情况下，改善供电电压的纹波；2.ad8309及外部阻容感组成的对数放大单元电路，在极低功耗和极小体积下实现对数放大功能；3.由ad8052及其外部组成的斜率截距调整单元电路，能够通过仅改变r6、r11的阻值即可调整对数放大器的斜率，仅改变r1、r2、r4的阻值即可调整对数放大器的纵截距，十分方便的改变对数放大器的斜率和截距使得本设计能够满足不同系统的指标要求，十分通用且万金油；4.由ag303-63及其外部电路组成的动态范围扩展电路，在只增加极小功耗、体积和成本的情况下，可以为对数放大器提高最高达20db的动态范围，并且可以通过改变r17和r19的值调整扩展的动态范围。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：图1是本实用新型产品尺寸图；图2是本实用新型产品贴片示意图；图3是本实用新对数放大单元电路图；图4是本实用新型斜率与截距调整单元电路图；图5是本实用新动态范围扩展单元电路图。具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器，真对数放大器包括对数放大单元和斜率与截距调整单元，其中：所述对数放大单元包括对数放大器芯片ad8309、ad8309接收输入端的射频信号经过对数放大后输送到后端的斜率与截距调整单元；共包括16个引脚；2号引脚vps1和15号引脚vps2为供电引脚：供电电压依次通过由电容c3、电感l1、电容c4构成的电源滤波电路、电阻r8，输向ad8309的两个供电引脚；4号引脚和5号引脚为射频信号差分输入端：电容c7一端连接射频信号输入接口、另一端并联4号引脚和电感l2，电感l2并联5号引脚和电容c8的一端、电容c8另一端；8号引脚是使能引脚：并联供电电压、通过电容c9接地；12号引脚和13号引脚是射频信号差分输出端；16号引脚和9号引脚连接后端的斜率与截距调整单元；所述斜率与截距调整单元包括双路运放的芯片ad8052arm；共包括8个引脚；电阻r4一端连接输入电压，另一端并联电阻r2的一端和电阻r5的一端，其中电阻r2另一端接地，电阻r5另一端并联2号引脚、电容c1的一端和电阻r1的一端，电阻r1的另一端并联电容c1的另一端和电阻r9的一端；电容c1的另一端连接1号引脚；所述电阻r9的另一端并联5号引脚和电阻r12的一端，电阻r12的另一端接地；ad8309的16号引脚连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端并联电阻r7一端和电阻r11一端，其中电阻r11的另一端接地、电阻r7的另一端并联4号引脚和电阻r10的一端，电阻r10的另一端接地；ad8309的9号引脚连接三极管u2的集电极、三极管u2的基级与7号引脚连接、三极管u2的发射级并联6号引脚和电阻r13的一端、电阻r13的另一端接地；8号引脚并联正电源端和电容c2的一端，电容c2的另一端接地。工作时：供电电压通过由c3、l1、c4构成电源滤波电路，输向ad8309的两个供电引脚vps1和vps2，ad8309的4号和5号引脚为射频信号差分输入端，c7、l2、c8、r16是输入匹配电路。8号引脚是使能引脚，高电平时器件工作。12号和13号引脚是射频信号差分输出端，将被对数放大的信号输送给后面的动态范围扩展单元。16号引脚和9号引脚连接后面的斜率截距调整单元，其中16号引脚输出斜率为20mv/db，纵截距为721mv的直流检波电压，9号引脚用以调整ad8309内部集成的射频限幅放大器的输出功率，该引脚流经的电流越大，则ad8309内部限幅放大器的输出功率越大；ad8052的第一个运放，用作加法乘法混合运算的运算放大器。如图所示，将ad8309的16号引脚输送过来的检波电压(该电压的斜率和纵截距由ad8309决定了分别是20mv/db和721mv)，经由r1、r2、r4、r5、r6、r7、r10、r11与ad8052内部的第一个运放组成的加法乘法混合运算放大器，调整为所需要的斜率和截距的检波电压信号，由out1引脚输送给ad8052内部的第二个运放，该运放与外部的三极管mmbt2222alt1g共同起到由电压调节电流的作用，三极管的集电极与对数放大器芯片ad8309的9号脚相连，通过调整r9和r12的值改变ad8052的5号引脚的电压，以此改变外部三级管u2的导通电流，也就改变了ad8309的输出功率；实现了功耗小：5v供电下，工作电流最大只有50ma，功耗仅0.25w；斜率和截距可调，通过调节常规的电阻r器即可轻松方便地调节真对放的斜率和截距，满足不同系统和不同应用场景。一致性好：调试一次后批量生产，技术指标几乎没有波动，好调试好量产。下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。实施例一本实用新型较佳实施例提供的一种可变斜率的小型化高动态范围真对数放大器，所述真对数放大器还包括动态范围扩展单元，所述动态范围扩展单元包括射频放大器芯片ag303-63；共包括6个引脚；ad8309的13号引脚串联电容c13、电阻r19、电容c14和3号引脚rfin；其中ad8309的13号引脚与电容c13的连接线路上连接电感l4的一端，电感l4另一端并联ad8309的12号引脚和电容c17的一端，所述电容c17的另一端通过电阻r21接地；6号引脚rfout并联电容c15的一端和电感l3的一端；其中电容c15的另一端通过电容c16射频输出；电感13另一端并联接地电容c10、接地电容c11、电阻r17的一端，所述电阻r17另一端接电源。工作时：可以任意调整斜率与截距的高动态范围(90db)、低功耗(最大0.25w)、小体积(22mm*12mm*5mm)真对放。ad8309的12引脚和13引脚输出的差分射频信号，经过c13、c17、l4、r21组成输出匹配电路，输向射频放大器ag303-63的输入端，放大最多20db后输出最终的对数放大信号。在整个放大链路上，可以通过改变r17或r19的阻值，调整放大倍数，也间接调整了对数放大器的动态范围。总的来说，本实用新型所设计的对数放大器电路原理可以总结为输入信号经过ad8309芯片，输出两路信号，一个是16号引脚输出的对数检波信号(直流电压)，一个是12和13引脚的差分射频信号，16引脚的检波电压传递给后面的斜率截距调整单元，经过一系列的斜率和截距调整后，返回给ad8309的9号引脚，用以改变ad8309的12和13引脚的射频输出信号，最后该射频信号再传递给末端的放大器ag303-63，放大至多20db，也就是扩大至多20db动态范围后最终输出。实施例二本实施例在实施例一的基础上，所述电阻r8的输出端输出两路电压、一路电压并联电阻r15的一端、电容c6的一端；电阻r15另一端连接15号引脚、电容c6的另一端接地；另一路电压并联电阻r14的一端、电容c5的一端；电阻r14的另一端连接2号引脚、电容c5的另一端接地。所述供电电压为5v，其中16号引脚输出斜率为20mv/db，纵截距为721mv的直流检波电压。所述真对数放大器采用印制电路板表贴焊接形成，还包括与印制电路板匹配的金属屏蔽罩。所述印制电路板和金属屏蔽罩的长均为22mm、宽均为12mm。工作时：采用独立的pcb印制板表贴焊接形式，独立的金属屏蔽罩缝焊结构尺寸如图1。使用时，直接将该器件表贴在pcb上即可，如图2所示，引脚定义如表1。表1引脚号管脚定义管脚说明1rfin输入2rfout输出6+5v电源5nc悬空其余gnd接地串联的r8用以根据外部电源电压来平衡vps1/2引脚的电压幅度；r8＝(vs-3v)/25ma，当外部5v供电时，r8＝80ω，实际采用82ω的电阻r器。5v供电下，工作电流最大只有50ma，功耗仅0.25w；动态范围大：可达90db以上；斜率和截距可调，通过调节常规的电阻r器即可轻松方便地调节真对放的斜率和截距，满足不同系统和不同应用场景。一致性好：调试一次后批量生产，技术指标几乎没有波动，好调试好量产。本实用新型的真对数放大器体积小：只有22*12*4mm，属于器件级封装。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页12