大功率信号发生器输出级设计

信号发生器用于产生确定性的电信号，其特性会随时间变化。

如果这些信号显示为简单的周期性波形，例如正弦波，方波或三角波，则这种信号发生器称为函数发生器。

它们通常用于检查电路或PCBA的功能。

确定性信号被添加到被测电路的输入端，输出端连接到相应的测量设备（例如示波器），用户可以对其进行评估。

过去，挑战通常包括如何设计信号发生器的输出级。

本文将介绍如何使用电压增益放大器（VGA）和电流反馈放大器（CFA）设计一个小型且经济的输出级。

典型的信号发生器可提供25mV至5V的输出电压。

为了驱动50Ω或更高的负载，通常在输出端使用大功率分立器件，多个并行器件或昂贵的ASIC。

它通常在内部具有一个继电器，该继电器使设备可以在不同的放大或衰减电平之间切换以调节输出电平。

根据需要，在继电器开关上实现各种增益时，工作会在一定程度上不连续。

图1显示了简化框图。

图1：典型信号发生器输出级的简化框图。

使用新型放大器IC作为输出级功率放大器可以直接驱动负载，而无需任何内部继电器，因此可以简化信号发生器的输出级设计，并降低复杂度和成本。

该输出的两个主要组件形成一个高功率输出级，可以提供高速，高电压和大电流，以及具有连续线性微调功能的可变放大器。

图2.带有VGA的信号发生器的输出级的简化框图。

首先，初始输入信号必须通过VGA放大或衰减。

不论输入信号如何，均可将VGA的输出信号设置为所需的幅度。

例如，当增益为10且输出幅度VOUT为2V时，VGA的输出幅度必须调整为0.2V。

不幸的是，由于增益范围有限，许多VGA会出现瓶颈，在极少数情况下，增益范围大于45dB。

ADI公司已在低功耗VGA AD8338上实现了0dB至80dB的可编程增益范围。

因此，在理想条件下，信号发生器的输出幅度可以连续设置在0.5mV和5V之间，而无需额外的继电器或开关网络。

通过去除这些机械部件，可以避免不连续的输出。

由于数模转换器（DAC）和直接数字合成器（DDS）通常具有差分输出，因此AD8338提供了一个全差分接口。

此外，通过灵活的输入级，可以通过内部反馈环路补偿输入电流中的任何不对称性。

同时，内部节点保持在1.5V。

在正常情况下，当输入电阻为500Ω时，最大1.5V输入信号将产生3mA电流。

如果输入幅度较高（例如15V），则可能需要在输入引脚上串联一个较大的电阻器-电阻值必须确保所产生的电流也为3mA。

许多商用信号发生器在50Ω（正弦波）负载下提供的最大有效输出功率为250mW（24dBm）。

但是，这通常对于具有较大输出功率的应用是不够的，例如测试HF放大器或生成超声脉冲。

因此，也有必要使用电流反馈放大器。

ADA4870可以在±20V电源电压下，在输出端提供1A驱动电流，其幅度为17V。

在满载情况下，它可以产生高达23MHz的正弦波，从而使其成为通用任意波形发生器的理想前端驱动器。

为了优化输出信号摆幅，ADA4870的增益配置为10，因此所需的输入幅度为1.6V。

但是，由于ADA4870具有接地参考输入，而上游AD8338具有差分输出，因此应在两个器件之间连接差分接收放大器，以实现从差分参考到接地参考的转换。

AD8130提供270MHz的增益带宽乘积（GBWP），压摆率为1090V / µs，非常适合该应用。

AD8338的输出限制为±1V，因此AD8130的中间增益应设计为1.6V / V。

整体电路配置如图3所示。

在22.4V（39dBm）的幅度和50Ω的负载下，它可以实现20MHz的带宽。

图3：采用分立设计的信号发生器输出级的简化电路。

通过大功率VGA（AD8338），大功率CFA（ADA4870）和差分接收器放大器的组合