模拟技术中的配有数字式增益和带宽控制的交流放大器
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2020-11-25
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模拟技术中的配有数字式增益和带宽控制的交流放大器模拟技术中的配有数字式增益和带宽控制的交流放大器
在低噪声模拟电路中，高增益放大器在输入端用来提高信噪比（SNR）。输入信号电平决定输入级增益；低电
平信号需要最高的增益。使电路的带宽尽可能窄，只让有用的输入信号频谱通过，这也是低噪声模拟信号处理
中的标准做法。放大器的增益和带宽的最优组合是低噪声设计的目标。在数据采集系统中，增益和带宽的数字
控制具有动态调节功能，以适应输入信号电平和频谱的变化。图 1 示出了一种既能控制增益又能控制带宽的交
流放大器的简化电路。该放大器的输入端是一个具有增益控制（增益 A）的PGA（可编程增益放大器）。在输
入 PGA 之后，是一个由积分电路的电容器 C1 和输入电阻器 R1 组成的一阶高通滤波器。在积分器的反馈通路
在低噪声模拟电路中，高增益放大器在输入端用来提高信噪比（SNR）。输入信号电平决定输入级增益；低电平信号需
要最高的增益。使电路的带宽尽可能窄，只让有用的输入信号频谱通过，这也是低噪声模拟信号处理中的标准做法。放大器的
增益和带宽的最优组合是低噪声设计的目标。在数据采集系统中，增益和带宽的数字控制具有动态调节功能，以适应输入信号
电平和频谱的变化。图 1 示出了一种既能控制增益又能控制带宽的交流放大器的简化电路。该放大器的输入端是一个具有增
益控制（增益 A）的PGA（可编程增益放大器）。在输入 PGA 之后，是一个由积分电路的电容器 C1 和输入电阻器 R1 组成
的一阶高通滤波器。在积分器的反馈通路内，第二个 PGA（增益B）的增益使积分器的-3dB 频率增倍，从而具有带宽控制功
能。
图1, 这种交流放大器配置既具有增益控制功能，又具有带宽控制功能。
图2, 本电路是图 1 所示电路的具体体现，由双电源供电。
图 2 示出了一种完整的电路实现方法，它使用两个由 LTC6910-1 数字式控制的 PGA 和一个 LT1884 双运算放大器。输
入 LTC6910-1，即IC1，具有数字增益控制功能，增益控制范围从 1~100，并使用一个 3 位数字输入来选择 1、2、5、10、
20、50 和 100 等增益。该电路低端的-3dB 频率是固定的，设定为 1 Hz。第二个 LTC6910-1，即 IC3，位于一个基于
LT1884 (IC2) 的积分器回路内部。该积分器的数字增益控制变为数字带宽控制，可对高端-3dB 频率进行控制，控制范围为
10Hz~1kHz。该电路的低噪声 LT1884 运算放大器和 LTC6910-1合起来具有很高的信噪比（每个器件各为 9 nV/ ）。例如，
增益为 100、带宽为 100Hz 的 10mV 峰峰信号具有 76 dB信噪比；而增益为 10、带宽为 1kHz 的 100mV 峰峰信号则具有 64
dB的信噪比。使用一个 LT1884 双运算放大器（增益-带宽积为 1MHz）后，只要降低C2的电容值，该电路的高端频率响应可
以升高至 10 kHz。（只要降低 C1的电容值，低端-3dB 频率也可以升高。）图 2 所示电路由 ±5.5V 双电源供电。你可以把它
变为由 2.7~10V 单电源供电的电路，方法是把 IC1、IC2和 IC3的 引脚4接地，在 IC1的 引脚2和地之间连接一个 1μF 电容
器，并把 IC1的引脚2连接到 IC2的引脚3以及 IC3的引脚2。图 3 示出了 图 2 所示电路（具有增益为1的输入端和三个数字带
宽控制输入端）的频率响应。
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