信號發(fā)生器用來產(chǎn)生確定性電信號,，其特性隨時間推移而變化,。如果這些信號表現(xiàn)為簡單的周期性波形，如正弦波,、方波或三角波,，那么這種信號發(fā)生器就稱為函數(shù)發(fā)生器。它們通常用于檢查電路或PCBA的功能,。將確定性信號加到被測電路的輸入端,，將輸出端連接至相應(yīng)的測量設(shè)備(例如示波器)，用戶就可以對其進行評估,。過去,，挑戰(zhàn)通常包括如何設(shè)計信號發(fā)生器的輸出級。本文將介紹如何利用電壓增益放大器(VGA)和電流反饋放大器(CFA)設(shè)計小型經(jīng)濟的輸出級,。
典型的信號發(fā)生器可提供25mV至5V輸出電壓,。為了驅(qū)動50Ω或更大的負載，一般會在輸出端使用大功率分立器件,、多個并行器件,，或者成本高昂的ASIC。其內(nèi)部通常具有繼電器,，可以使設(shè)備在不同的放大或衰減水平之間進行切換,，從而調(diào)節(jié)輸出電平。根據(jù)需要,，在對繼電器開關(guān)而實現(xiàn)各種增益時,，在一定程度上會導(dǎo)致工作不連續(xù)。簡化方框,。
1：典型信號發(fā)生器輸出級的簡化方框,。
使用新款放大器IC作為輸出級功放，可以在沒有任何內(nèi)部繼電器的情況下直接驅(qū)動負載,，因此可簡化信號發(fā)生器的輸出級設(shè)計,，并降低復(fù)雜度和成本。這種輸出的兩個主要器件構(gòu)成一個大功率輸出級,，可提供高速,、高電壓和大電流，以及具有連續(xù)線性微調(diào)功能的可變放大器(圖2),。
2：帶VGA的信號發(fā)生器輸出級的簡化方框圖,。
首先，初始輸入信號必須通過VGA放大或衰減。VGA的輸出信號可以設(shè)置為所需的幅度,，而與輸入信號無關(guān),。例如，對于增益為10,、輸出幅度VOUT為2V的情況,，VGA的輸出幅度必須調(diào)整至0.2V。遺憾的是,，許多VGA都會因為增益范圍有限而產(chǎn)生瓶頸——增益范圍大于45dB的情況很少,。
ADI公司在低功耗VGAAD8338上實現(xiàn)了0dB至80dB可編程增益范圍。因此,，在理想條件下,，可以將信號發(fā)生器的輸出幅度連續(xù)設(shè)置在0.5mV和5V之間，而無需使用額外的繼電器或開關(guān)網(wǎng)絡(luò),。通過去除這些機械元件,，可以避免不連續(xù)的輸出。因為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和直接數(shù)字頻率合成器(DDS)通常具有差分輸出,，所以AD8338提供全差分接口,。此外，通過靈活的輸入級,，輸入電流有任何的不對稱,，都可以通過內(nèi)部反饋回路得到補償。同時,，內(nèi)部節(jié)點保持在1.5V,。在正常情況下，最大1.5V輸入信號在500Ω輸入電阻時會產(chǎn)生3mA電流,。在更高輸入幅度(例如15V)的情況下,，可能需要在輸入引腳串聯(lián)一個更大的電阻——其阻值要確保所產(chǎn)生的電流同樣為3mA大小。
許多商用信號發(fā)生器在50Ω(正弦波)負載下提供最大250mW(24dBm)的有效輸出功率,。但是,，這對于具有較大輸出功率的應(yīng)用通常不夠用，例如測試HF放大器或生成超聲波脈沖之所需,。因此,，還需要使用電流反饋放大器。ADA4870在±20V電源電壓下,，可以在輸出端以17V的幅度提供1A的驅(qū)動電流,。它可以在滿載情況下生成高達23MHz的正弦波，因此成為了通用任意波形發(fā)生器的理想前端驅(qū)動器,。為了優(yōu)化輸出信號擺幅,，ADA4870的增益配置成10,，因此所需的輸入幅度為1.6V。但是,，由于ADA4870具有地參考輸入，而上游的AD8338具有差分輸出,，因此在兩個器件之間應(yīng)連接差分接收器放大器,，而實現(xiàn)差分到地參考的轉(zhuǎn)換。AD8130提供270MHz的增益帶寬積(GBWP),，壓擺率為1090V/µs,，非常適合這種應(yīng)用。AD8338的輸出限制在±1V,，因此AD8130的中間增益應(yīng)設(shè)計為1.6V/V,。整體電路配置，其可在22.4V(39dBm)幅度和50Ω負載下實現(xiàn)20MHz帶寬,。
3：采用分立設(shè)計的信號發(fā)生器輸出級的簡化電路,。
通過大功率的VGA(AD8338)、大功率的CFA(ADA4870)和差分接收器放大器(AD8130)的組合,，就可以相對輕松地設(shè)計出小尺寸大功率的信號發(fā)生器輸出級,。它具有更高的系統(tǒng)可靠性、更長的服務(wù)壽命和更低的成本,，因此比傳統(tǒng)輸出級更優(yōu),。
