1 引言
随着微电子技术的发展，宽带放大器在科研中具有重要作用。宽带运算放大器广泛应用于A／D转换器、D／A 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度，电压增值。为此，以可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603为核心，设计一种可编程宽带运算放大器。该电路增益调节范围为-6～70 dB，步进间距为6dB，AGC为60 dB，-3 dB通频带为40 Hz～15MHz。矩阵键盘设置增益值、步进，点阵液晶显示实时电压有效值，人机界面友好，操作简单方便。
2 系统总体设计方案
该系统主要由可控增益放大器、功率放大与峰值检
化，本设计采用FPGA作为接口控制器，负责与D／A和A／D转换器的通信。FPGA根据单片机的指令，控制D／A转换器产生相应的模拟电压，进而调整可编程增益放大器的增益。同时，FPGA接收A／D转换器的数字信号，将其转化为单片机可理解的格式。通过这种方式，FPGA不仅解决了接口问题，还提高了系统的实时性和响应速度。
在单片机程序设计中，主要实现了以下功能：读取用户通过矩阵键盘输入的增益设置和步进值；控制THS7001和AD603进行增益调节；通过D/A转换器设置AD603的增益细调；实时采集输入信号的峰值，并通过A/D转换器转换为数字信号；显示实时电压有效值在点阵液晶屏上；以及处理人机交互过程中的中断事件。单片机采用C语言编写程序，保证了程序的可读性和可维护性。
在硬件设计中，选择合适的元器件至关重要。THS7001和AD603都是高性能的可编程增益放大器，前者用于增益的粗调，后者用于细调，两者结合可以实现宽范围内的线性增益调整。THS4011作为前置放大器，其高速低噪声的特性确保了输入信号的高质量传输。AD811作为功率放大器，能提供足够的驱动能力，保证信号的输出。二极管峰值检波电路利用二极管的单向导电性，配合电压跟随器，实现了信号峰值的精确捕捉，提高了系统的测量精度。
系统软件部分，除了单片机程序外，FPGA的Verilog HDL编程也十分关键。通过FPGA的逻辑控制，实现串行接口的并行化，简化了单片机的控制任务，提高了系统的整体效率。程序流程图清晰地展现了系统的运行逻辑，便于理解和调试。
该设计充分利用了现代微电子技术，结合了高性能的模拟和数字组件，构建了一个可编程的宽带放大器系统。它不仅具备广泛的增益调节范围，还具备友好的人机交互界面，适应于多种科研应用需求。通过合理的硬件选型和软件设计，实现了高精度的信号处理和实时的参数显示，体现了模拟技术在现代电子系统中的先进性和实用性。
