專利名稱：真對數(shù)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真對數(shù)放大器，特別涉及一種大動態(tài)、高精度、低功耗真對數(shù)放大器，它直接應用的領(lǐng)域是通訊、雷達、聲納和電子對抗等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的真對數(shù)放大器的實現(xiàn)方式是采用雙增益型電路結(jié)構(gòu)，由若干級雙增益單元(TLA)通過級聯(lián)以獲得高精度、大動態(tài)的真對數(shù)放大器，如圖1所示。雙增益單元(TLA)由一個高增益限幅放大器和一單位增益放大器GL和輸出級組成。
在傳統(tǒng)的真對數(shù)放大器電路結(jié)構(gòu)中，為了保證單位增益放大器GL在整個輸入信號動態(tài)范圍內(nèi)增益均為1，單元電路的靜態(tài)工作電流都比較大(通常為17mA～25mA)，若要獲得超過80dB的大對數(shù)動態(tài)范圍時，通常需要8級單元電路級聯(lián)，整個工作電流就在136mA～200mA左右，因此功耗較大；各單元電路間采用交流藕合，很難集成化，造成整個放大器的體積也比較大；另外，級聯(lián)級數(shù)多，對電路的調(diào)試也比較困難。因此，采用傳統(tǒng)的真對數(shù)放大器實現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu)，要獲得超過80dB的大對數(shù)動態(tài)范圍時，存在靜態(tài)功耗大、體積大、調(diào)試困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于發(fā)明一種結(jié)構(gòu)新穎的真對數(shù)放大器結(jié)構(gòu)，它通過采用連續(xù)檢波式對數(shù)放大器、限幅放大器和乘法器相互級連來實現(xiàn)，很好地解決了傳統(tǒng)大動態(tài)真對數(shù)放大器靜態(tài)功耗大、體積大和調(diào)試困難的問題。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案在于本發(fā)明的真對數(shù)放大器包包括一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，其輸入端通過一隔直流電容與外部輸入信號的輸入端相連；一個限幅放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端相連，它對來自外部的輸入信號進行放大和限幅后，輸出幅度穩(wěn)定的、保留外部輸入信號相位特性的信號；一個帶通濾波器，其輸入端與所述限幅放大器輸出端相連，對限幅放大器進行濾波；一個連續(xù)檢波式對數(shù)放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端相連，它對來自匹配網(wǎng)絡(luò)的外部輸入信號進行逐級放大與檢波，輸出與外部輸入信號幅度成對數(shù)關(guān)系的視頻信號；一個乘法器，其輸入端分別與所述帶通濾波器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器輸出端相連，將來自帶通濾波器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器的信號相乘后，經(jīng)一隔直流電容C11，輸出與外部輸入信號成對數(shù)關(guān)系、頻率保持、保留輸入信號相位特性信息的信號。
所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由一電阻R3與一電阻R5及一電容C5連接而成，其輸入的阻抗為40-60歐姆。
所述限幅放大器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器采用其集成一體的美國AnalogDevices Inc.公司的AD8309集成電路。
所述乘法器采用美國Analog Devices Inc.公司的AD835集成電路。
所述帶通濾波器由一電阻R11與一電阻R12、一電容C1及一電感L2相互連接而成。
所述帶通濾波器輸入端與所述限幅放大器輸出端之間接有隔直流電容C7、C8。
有益效果由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明介紹的一種新型的真對數(shù)放大器結(jié)構(gòu)，很好地解決了傳統(tǒng)大動態(tài)真對數(shù)放大器靜態(tài)功耗大、體積大和調(diào)試困難的技術(shù)問題。本發(fā)明的真對數(shù)放大器采用了美國Analog Devices Inc.公司的AD8309來實現(xiàn)連續(xù)檢波式對數(shù)放大器和限幅放大器的功能，并將其與美國AnalogDevices Inc.公司的AD835來相連接，實現(xiàn)了高性能的真對數(shù)放大器。
1.本發(fā)明的真對數(shù)放大器的體積為38×20×5mm3，比傳統(tǒng)真對數(shù)放大器的體積大幅縮小(采用傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式，其體積為70×30×10mm3)；2.本發(fā)明的真對數(shù)放大器的電源電流40mA/±5V，比傳統(tǒng)真對數(shù)放大器的功耗大幅降低(采用傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式，其電源電流為200mA/12V)；3.本發(fā)明的真對數(shù)放大器的一致性很好，基本不需要調(diào)試，非常便于大批量生產(chǎn)。


圖1是傳統(tǒng)真對數(shù)放大器的電路框圖；圖2是本發(fā)明的電路框圖；圖3是本發(fā)明采用的連續(xù)檢波式對數(shù)放大器/限幅放大器(AD8309)電路框圖；圖4是本發(fā)明采用的乘法器(AD835)的電路框圖；圖5是本發(fā)明一個實施例的真對數(shù)放大器電路的電原理圖。
具體實施方式
本發(fā)明的具體實施方式
不僅限于下面的描述，現(xiàn)結(jié)合附圖加以進一步說明。
本發(fā)明的電路框圖如圖2所示，本發(fā)明的真對數(shù)放大器電路包括一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、一個限幅放大器、一個帶通濾波器、一個限幅放大器/連續(xù)檢波式對數(shù)放大器和一個乘法器。
本發(fā)明技術(shù)方案的工作原理為輸入信號分成兩路一路進入限幅放大器電路，得到幅度穩(wěn)定的輸出信號，信號頻率與輸入信號相同，并且保留了輸入信號的相位信息(公式1)；另一路信號進入連續(xù)檢波式對數(shù)放大器，得到與輸入信號幅度成對數(shù)關(guān)系的視頻信號(公式2)。然后兩路信號由乘法器相乘后得到輸出信號幅度與輸入信號成對數(shù)關(guān)系，且輸出頻率和輸入頻率相同，并保留輸入信號相位，電路實現(xiàn)了真對數(shù)放大功能(公式3)。
VO1＝Acos(ω0t+ΔΦ)(1)公式1中，VO1是輸出電壓，ΔΦ是相位變化，A為限幅電平(常數(shù))，ω0t是輸入頻率。
VO2＝VYlog(VIN/VX)(2)公式2中VO2是輸出電壓，VY是對數(shù)效率，VIN為輸入電壓；VX是對數(shù)起點電壓(輸出為0時的輸出電壓)。
VO＝V01×V02＝A×VY×log(VIN/VX)×cos(ω0t+ΔΦ)(3)公式3其實就是真對數(shù)放大器的傳輸特性公式，包含了輸入信號的幅度信息、頻率信息和相位信息。
本發(fā)明的電路原理圖如圖5所示。外部輸入信號經(jīng)輸入端IN通過一個隔直電容C12和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進入限幅放大器/連續(xù)檢波式對數(shù)放大器AD8309(U1)的INHI端，AD8309的INLO端經(jīng)一電容C5接地，AD8309的LMDR端經(jīng)一限幅電流調(diào)整電阻R8接地。AD8309的LMHI和LMLO端是差分限幅輸出端，分別通過一個隔直電路和一個帶通濾波器與乘法器AD835(U2)的Y1和Y2端相連。AD8309的VLOG是對數(shù)輸出端，通過電阻R23與AD835的X2端相連，X1端接地。信號通過AD835相乘后，由AD835的W端通過一隔直流電容C11輸出，R18、R19是調(diào)節(jié)輸出幅度電阻。圖5中，VCC是正電源，VEE是負電源，R9、R10是限幅輸出電阻，R13、R17是直流電平調(diào)整電阻。
一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，其輸入端與外部輸入信號的輸入端相連，其輸出端分別連接一個限幅放大器和一個連續(xù)檢波式對數(shù)放大器。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由一電阻R3與一電阻R5及一電容C5并聯(lián)而成；輸入匹配網(wǎng)絡(luò)可以是通用電阻網(wǎng)絡(luò)，也可以采用LC匹配網(wǎng)絡(luò)，其輸入的阻抗為40-60歐姆。
一個限幅放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連，其輸出端與一個帶通濾波器相連，它對來自外部的輸入信號進行放大和限幅后，輸出幅度穩(wěn)定的信號，同時保留輸入信號的相位特性。對限幅放大器的要求是在整個輸入信號動態(tài)范圍內(nèi)須保持輸出幅度穩(wěn)定，且其工作頻率必須覆蓋整個電路要求的范圍。例如，要研制一個動態(tài)范圍為90dB(-90dBm～0dBm)的真對數(shù)放大器，則要求限幅放大器至少在輸入信號為-90dBm～0dBm的動態(tài)范圍內(nèi)輸出幅度基本不變。
一個連續(xù)檢波式對數(shù)放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連，其輸出端與一個乘法器相連，它對來自外部的輸入信號進行逐級放大與檢波，輸出與輸入信號幅度成對數(shù)關(guān)系的視頻信號；對連續(xù)檢波式對數(shù)放大器的要求是動態(tài)范圍必須能覆蓋整個真對數(shù)放大器的輸入動態(tài)范圍，而且其對數(shù)精度必須要能保證整個電路的要求，工作頻率能覆蓋整個真對數(shù)放大器的工作頻率。
本發(fā)明中的限幅放大器和檢波式對數(shù)放大器模塊采用其集成一體的美國Analog Devices Inc.公司的AD8309來實現(xiàn)。AD8309的動態(tài)范圍90dB；對數(shù)精度±0.5dB；帶寬5MHz～500MHz；限幅范圍87dB；相位變化±3℃；電源電流16mA/5V，體積16引腳SSOP封裝。能保證真對數(shù)放大器的需求。
AD8309的主通道由6級差分放大器/限幅單元級聯(lián)而成，每級增益為12dB，-3dB帶寬850MHz，總增益72dB；可編程的輸出級提供額外的18dB增益。每個主增益單元還包含有一個全波檢波器；由寬帶衰減器驅(qū)動的四個檢波單元，可將動態(tài)范圍的高端擴展48dB。
本發(fā)明的限幅放大器和檢波式對數(shù)放大器模塊還可采用美國Analog DevicesInc.公司的AD608集成電路。
一個帶通濾波器其輸入端與所述限幅放大器相連，其輸出端與一個乘法器相連，對限幅放大器進行濾波，其由一電阻R11與一電阻R12、一電容C1及一電感L2相互連接而成。
一個乘法器，其輸入端分別與所述帶通濾波器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器相連，它是將限幅放大器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器的輸出信號相乘后，輸出與外部輸入信號成對數(shù)關(guān)系，且頻率保持與輸入信號一致，同時保留輸入信號的相位信息。所述乘法器采用美國Analog Devices Inc.公司的AD835來實現(xiàn)。對乘法器的要求是工作頻率范圍要能夠覆蓋整個真對數(shù)放大器的工作范圍，且在整個范圍連續(xù)檢波式對數(shù)放大器的視頻輸出信號范圍內(nèi)要保持高的線性度，以保證相乘后的對數(shù)精度。本發(fā)明用的乘法器采用AD公司的AD835。AD835的主要參數(shù)指標-3dB帶寬250MHz；差分輸入信號范圍±1V；差分誤差0.3％(X輸入端)，0.1％(Y輸入端)；靜態(tài)電流16mA；電源電壓±5V。
本發(fā)明的乘法器還可采用美國Analog Devices Inc.公司的AD834集成電路。
所述帶通濾波器輸入端與所述限幅放大器輸出端之間有一隔直電路，隔直電路由電容C7、C8構(gòu)成。
本發(fā)明的真對數(shù)放大器采用標準的SMT(Surface Mounting Technology)工藝制造。
權(quán)利要求
1.一種真對數(shù)放大器，其特征在于它包括一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，其輸入端通過一隔直流電容與外部輸入信號的輸入端相連；一個限幅放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端相連，它對來自外部的輸入信號進行放大和限幅后，輸出幅度穩(wěn)定的、保留外部輸入信號相位特性的信號；一個帶通濾波器，其輸入端與所述限幅放大器輸出端相連，對限幅放大器進行濾波；一個連續(xù)檢波式對數(shù)放大器，其輸入端與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端相連，它對來自匹配網(wǎng)絡(luò)的外部輸入信號進行逐級放大與檢波，輸出與外部輸入信號幅度成對數(shù)關(guān)系的視頻信號；一個乘法器，其輸入端分別與所述帶通濾波器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器輸出端相連，將來自帶通濾波器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器的信號相乘后，經(jīng)一隔直流電容C11，輸出與外部輸入信號成對數(shù)關(guān)系、頻率保持、保留輸入信號相位特性信息的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真對數(shù)放大器，其特征在于所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由一電阻R3與一電阻R5及一電容C5連接而成，其輸入的阻抗為40-60歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真對數(shù)放大器，其特征在于所述限幅放大器和連續(xù)檢波式對數(shù)放大器采用其集成一體的美國Analog Devices Inc.公司的AD8309集成電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真對數(shù)放大器，其特征在于所述乘法器采用美國Analog Devices Inc.公司的AD835集成電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真對數(shù)放大器，其特征在于所述帶通濾波器由一電阻R11與一電阻R12、一電容C1及一電感L2相互連接而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真對數(shù)放大器，其特征在于所述帶通濾波器輸入端與所述限幅放大器輸出端之間接有隔直流電容C7、C8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真對數(shù)放大器，包括一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、一個限幅放大器、一個帶通濾波器、一個限幅放大器/連續(xù)檢波式對數(shù)放大器和一個乘法器。本發(fā)明設(shè)計的一種新型結(jié)構(gòu)的真對數(shù)放大器，很好地解決了傳統(tǒng)大動態(tài)真對數(shù)放大器靜態(tài)功耗大、體積大和調(diào)試困難的技術(shù)問題。本發(fā)明制造出的真對數(shù)放大器的體積為38×20×5mm
文檔編號H03F3/00GK101093977SQ20071007862
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者龐佑兵, 唐萬軍, 劉登學, 王智瑋, 冉勁松 申請人:中國電子科技集團公司第二十四研究所