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)信號的放大及分配，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+A0F倍,；通過PCB布線優(yōu)化設(shè)計(jì),，補(bǔ)償通道間時延差。測試結(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分成功率均等、相位一致的多路輸出信號,，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源[1],。例如在通信系統(tǒng)中，將同源頻標(biāo),、同頻測試信號,、同源定時控制脈沖信號分配至多臺終端設(shè)備，且各設(shè)備輸入信號滿足功率相同,、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(射頻信號或音/視頻信號)功率均等地分成多路輸出信號，具有一個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,，雖然會犧牲一部分增益,，但對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],。基本電路是一只集成運(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vs,，由它引起電路各節(jié)點(diǎn)的電位極性如圖中(+)號所示，輸入信號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,，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最大輸入信號帶寬為140 MHz,，轉(zhuǎn)換速率為1 000 V/s，通道匹配時間小于25 ns,。該器件應(yīng)用在頻標(biāo)分配電路設(shè)計(jì)中,，可以對視頻信號進(jìn)行高速匹配并分配放大。

　　MAX4136的每一個輸出端口可以驅(qū)動5個150 Ω的負(fù)載,，當(dāng)然隨著負(fù)載的增大,，信號的失真度也將增加，所以在負(fù)載設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮到芯片的最大負(fù)荷,，使信號輸出最佳,。根據(jù)反饋電路原理,，可通過調(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)來控制每一個輸出放大器,，當(dāng)SEL為低電平時輸出放大器導(dǎo)通，為高電平時輸出截止,，導(dǎo)通/截止的時間小于25 ns,。圖2 為MAX4136用于頻率分配的電路圖。

3 性能分析

　　頻綜信號的多通道分配等應(yīng)用對分配器的增益穩(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)定性常通過放大倍數(shù)的相對變化率來反應(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)及測試結(jié)果

　　硬件實(shí)現(xiàn)過程中,，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度要一致,，在PCB設(shè)計(jì)時,，通過布線優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。

　　經(jīng)測試,，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)信號的放大及分配，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+AoF倍；對于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),、測試信號、脈沖信號的放大及分配,。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 韓曉英.負(fù)反饋電路的應(yīng)用[J].山西電力,2011(3):41-43.

　　[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(自然科學(xué)版),2003,22(4):49-50.