摘  要： 給出了一種1輸入6輸出頻標(biāo)分配電路的設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn),。采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大及分配，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開(kāi)環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+A0F倍,；通過(guò)PCB布線優(yōu)化設(shè)計(jì),，補(bǔ)償通道間時(shí)延差。測(cè)試結(jié)果表明,，設(shè)計(jì)的頻標(biāo)分配電路可滿足1~140 MHz的頻標(biāo)信號(hào)分配,。

　　關(guān)鍵詞： 頻率標(biāo)準(zhǔn); 負(fù)反饋放大器; 分配電路

　　頻標(biāo)分配電路將一路頻率輸入信號(hào)分成功率均等、相位一致的多路輸出信號(hào),，在電子系統(tǒng)中經(jīng)常被用于擴(kuò)展輸出或提供多路信號(hào)源[1],。例如在通信系統(tǒng)中，將同源頻標(biāo),、同頻測(cè)試信號(hào),、同源定時(shí)控制脈沖信號(hào)分配至多臺(tái)終端設(shè)備，且各設(shè)備輸入信號(hào)滿足功率相同,、頻率相同和相位一致,。本文結(jié)合頻率分配的電路原理，給出了頻標(biāo)分配電路的設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)方案,，最后給出了性能分析及測(cè)試結(jié)果,。

1 頻標(biāo)分配電路原理

　　頻標(biāo)分配電路將一路輸入信號(hào)(射頻信號(hào)或音/視頻信號(hào))功率均等地分成多路輸出信號(hào)，具有一個(gè)輸入端和若干輸出端,，可采用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn),。在放大電路的設(shè)計(jì)中,，利用負(fù)反饋穩(wěn)定放大電路的工作點(diǎn)，增加增益的恒定性,，同時(shí)起到減少非線性失真,、抑制噪聲、擴(kuò)展頻帶等作用,。放大器加入了負(fù)反饋環(huán)節(jié)后,，雖然會(huì)犧牲一部分增益，但對(duì)放大器一系列性能指標(biāo)產(chǎn)生很大的有益影響,。根據(jù)實(shí)際情況的需要,，采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋方式的電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大及分配。

　　電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路原理圖如圖1所示[2],?；倦娐肥且恢患蛇\(yùn)放，用A表示,；反饋網(wǎng)絡(luò)是由電阻R1和R2組成的分壓器,，用F表示。在放大電路的輸入端接入輸入信號(hào)vs,，由它引起電路各節(jié)點(diǎn)的電位極性如圖中(+)號(hào)所示,，輸入信號(hào)vs接在運(yùn)放的同相輸入端，則VO與vs同極性,，VO經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的反饋電壓VF亦同極性,，VF抵消了VI的一部分，整個(gè)放大電路的電壓增益將降低,。

　　電壓負(fù)反饋電路的特點(diǎn)是電路的輸出電壓趨向于維持恒定,。例如當(dāng)VI一定時(shí)，負(fù)載RL減小而使輸出電壓VO下降,，則電路的電壓將進(jìn)行以下自動(dòng)調(diào)整：

　　RL↓→VO↓→VF↓→VID↑

　　VO↑

　　這樣,，反饋的結(jié)果牽制了VO的下降，從而使VO基本維持恒定,。反饋深度對(duì)放大電路性能影響較大,，在深度負(fù)反饋的條件下，放大電路的增益可近似為：

　　因此在深度負(fù)反饋的條件下,，可通過(guò)調(diào)整反饋電阻R1和R2確定工程中所需要的電路增益,。

2 電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)目標(biāo)是由1路頻標(biāo)輸入信號(hào)產(chǎn)生6路相參頻率輸出，其工作頻率范圍為10~60 MHz,，輸入/輸出功率為0~13 dBm,。

　　頻標(biāo)分配電路選用1輸入6輸出電壓反饋式放大集成芯片[3] MAX4136實(shí)現(xiàn)1路輸入多路輸出的功能。MAX4136最大輸入信號(hào)帶寬為140 MHz,，轉(zhuǎn)換速率為1 000 V/s,，通道匹配時(shí)間小于25 ns,。該器件應(yīng)用在頻標(biāo)分配電路設(shè)計(jì)中，可以對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行高速匹配并分配放大,。

　　MAX4136的每一個(gè)輸出端口可以驅(qū)動(dòng)5個(gè)150 Ω的負(fù)載,，當(dāng)然隨著負(fù)載的增大，信號(hào)的失真度也將增加,，所以在負(fù)載設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到芯片的最大負(fù)荷,，使信號(hào)輸出最佳。根據(jù)反饋電路原理,，可通過(guò)調(diào)節(jié)外接電阻RF,、RG的阻值調(diào)整電路增益，這里取RF=200 Ω,，RG=200 Ω，實(shí)現(xiàn)2倍電路增益,。

　　芯片采用TTL/CMOS兼容的數(shù)字控制電平(SEL)來(lái)控制每一個(gè)輸出放大器,，當(dāng)SEL為低電平時(shí)輸出放大器導(dǎo)通，為高電平時(shí)輸出截止,，導(dǎo)通/截止的時(shí)間小于25 ns,。圖2 為MAX4136用于頻率分配的電路圖。

3 性能分析

　　頻綜信號(hào)的多通道分配等應(yīng)用對(duì)分配器的增益穩(wěn)定性,、損耗等技術(shù)指標(biāo)提出了較高的要求,。

　　(1)增益穩(wěn)定性

　　放大器的增益穩(wěn)定性常通過(guò)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率來(lái)反應(yīng)。因此dA/A的大小可以衡量增益的穩(wěn)定性,，該值越小,，放大器的穩(wěn)定性越高。由于晶體管參數(shù)ρ隨溫度變化,，放大增益的穩(wěn)定性也要發(fā)生變化,。對(duì)式(1)進(jìn)行微分可得：

　　即引入負(fù)反饋后，閉環(huán)增益的穩(wěn)定性比開(kāi)環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+AoF倍,。

　　(2) 分配損耗

　　輸入至輸出的分配損耗L(dB)與頻標(biāo)分配電路的功率分配比有關(guān)：

　　L=10log(1/N)   (5)

　　其中N為分配器路數(shù),。對(duì)于1輸入6輸出頻標(biāo)分配電路，根據(jù)計(jì)算可得分配損耗約為8 dB,。

4 實(shí)現(xiàn)及測(cè)試結(jié)果

　　硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,，為了減小電源單元產(chǎn)生的電磁干擾[4]，結(jié)合應(yīng)用背景選擇鋰電池供電方案,，同時(shí)電源模塊應(yīng)盡量遠(yuǎn)離分配電路的輸入電路,。為了提高通道間相位一致性，要求芯片MAX4136輸出端至分配電路輸出端口的布線長(zhǎng)度要一致,，在PCB設(shè)計(jì)時(shí),，通過(guò)布線優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn),。

　　經(jīng)測(cè)試，頻標(biāo)分配電路的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)總結(jié)如表1所示,。

　　本文通過(guò)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路原理分析,，給出了頻標(biāo)分配電路的設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)。分析了系統(tǒng)性能,，采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大及分配,，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開(kāi)環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+AoF倍；對(duì)于1輸入6輸出頻標(biāo)分配電路,，根據(jù)計(jì)算可得分配損耗約為8 dB,。硬件實(shí)現(xiàn)及測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的頻標(biāo)分配電路可很好地滿足同源頻標(biāo),、測(cè)試信號(hào),、脈沖信號(hào)的放大及分配。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 康華光,，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,，1999.

　　[3] 董葉梓,張鵬,毛陸虹.采用噪聲抵消技術(shù)的高增益CMOS寬帶LNA設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2013,39(5):44-47,50.

　　[4] 楊世平,葉向德.電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路的低噪聲化條件[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,22(4):49-50.