摘要：從無線接收機寬帶放大器模塊對射頻小信號進行低噪聲放大的實際性能需求出發(fā)，在設(shè)計上選用了一種新型的寬帶運放芯片CLC425，充分利用了該器件的超低噪聲和高增益帶寬的特點，在充分掌握該器件原理特性的基礎(chǔ)上，采用兩級放大器級聯(lián)的方式，發(fā)揮芯片低噪聲的優(yōu)勢，在保證放大增益的同時盡量減少附加噪聲的引入，并在主體放大電路的基礎(chǔ)上設(shè)計完善了具體的外圍配置電路、供電電路和濾波電路等。電路整體實現(xiàn)比較簡單，放大效果滿足運用需求。
關(guān)鍵詞：接收機；放大器；CLC425；低噪聲；寬帶

    射頻低噪聲寬帶放大器是廣泛應(yīng)用于短波、中波、長波天線和全波接收機設(shè)計中的一個重要組成部分。隨著近年來無線通信電子技術(shù)迅速發(fā)展，現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離越來越遠，接收靈敏度越來越高，接收帶寬也越來越寬。因而對無線通信系統(tǒng)中前端射頻放大電路的性能要求也就日益變高。理想的放大電路只增加期望信號的幅度，而不增加任何噪聲和失真。然而，已知放大電路都會在期望的信號中增加
噪聲和失真，并且高性能的放大電路也追求更高的帶寬范圍。對低噪聲寬帶放大器的基本要求是：噪聲性能好、增益足夠大、工作穩(wěn)定性好、足夠的帶寬和大的動態(tài)范圍。本文給出了一種可應(yīng)用于無線接收機的寬帶放大器模塊的設(shè)計方案以及具體的硬件實現(xiàn)。

1 寬帶運算放大器CLC425特點簡介
    CLC425是美國國家半導(dǎo)體公司推出的一種超低噪聲寬帶運算放大器，是一種應(yīng)用領(lǐng)域極廣，具有廣闊動態(tài)范圍的運算放大器，其主要性能與特點如下：
    1)增益帶寬很高，達1．9GBW；
    2)噪聲極低，輸入電壓噪聲低至，輸入電流噪聲典型值為，在Rs=700 Ω時，噪聲系數(shù)NF=0．9dB；
    3)輸入偏移電壓為100μV，1 mV溫度漂移為2 μV／℃；
    4)開環(huán)增益為96 dB時，共模抑制比CMRR為100 dB，壓擺率為350 V／μV，電源抑制比PSRR為95dB；
    5)供電電流為5～10mA。

2 射頻低噪聲寬帶放大器的設(shè)計
2．1 主體放大電路設(shè)計
    低噪聲寬帶放大器由兩級運算放大電路、電源電路和濾波電路構(gòu)成。濾波電路使用無源濾波器，由電容和電感組成。使用兩級運算放大電路是為把足夠大的增益分至兩級上，這樣既可以保證信號的穩(wěn)定又可以滿足增益需求。為濾除部分帶外噪聲，在第一級后加濾波器，避免其隨著輸入信號在第二級放大電路中放大，降低信噪比。以CLC425芯片為基礎(chǔ)的兩級放大電路如圖1所示。

    在第一級放大電路中，首先由2個電阻R1、R2組成偏置電路，為運算放大器提供偏置電壓，在輸入端接1個適當容值的電容C1用以隔斷前路的直流分量和衰減帶外信號，在偏置電阻上端以及CLC425芯片供電端口VCC處分別接電感L1、L2和電容C2、C4，主要作用是濾除電源的高次諧波，確保電路的穩(wěn)定。在輸出端接可調(diào)反饋電阻R3至反相輸入端口，同時在反相輸入端口接出輸入電阻R4，并且串聯(lián)一電容C3，組成反饋回路。
    第二級放大電路形式與前級基本相同，偏置電阻阻值等基本一致，只是在輸入輸出端電容電阻的分布不一樣，同時對反饋增益的控制也不一致。第二級放大電路主要是承擔(dān)第一級后剩余的電路放大任務(wù)和保證信號完整無誤地順接到下一級電路中去。另外，在放大后輸出端串聯(lián)1個50Ω電阻，與后級電路匹配上。需要注意的是為防止電源引起兩級放大電路不穩(wěn)定，兩個放大器的電源安排必須服從一定規(guī)則。兩級運算放大電路設(shè)計為增益在5～10倍之間，這樣每級放大電路都不會承擔(dān)很大的放大任務(wù)，信號就會很穩(wěn)定的傳輸，受到的影響也會很小。
    濾波器設(shè)計為高通濾波器，截止頻率點設(shè)在1 M上，對低頻信號有一定衰減，而對高頻信號幾乎沒影響。限幅電路主要是將信號幅值控制在±Von(Von為二級管導(dǎo)通電壓)之間，保證了第二級放大電路的放大效果不失真。
    總體來看，兩級運放放大電路的主要優(yōu)勢在于：1)增益分級承擔(dān)，電路穩(wěn)定性好；2)加入一級濾波器，噪聲性能得到提高；3)增益帶寬很容易滿足要求；4)靈敏度較強。
    兩級運放放大電路的主要劣勢在于：1)電路模塊稍多，布局較繁瑣；2)模塊之間級聯(lián)問題大；3)電源的使用要求較高。
2．2 電源電路設(shè)計
    對高頻信號，尤其是在放大電路中，電源的影響不容忽視，一個穩(wěn)定的電源能使放大電路持久穩(wěn)定的工作，相反如果電源特性很差，不僅能使信號紊亂，還會帶來非常大的噪聲影響。
    在設(shè)計方案中選用了寬輸入電壓范圍、低靜態(tài)電流線性穩(wěn)壓器MAX5084芯片。該芯片空載時僅消耗50μA的靜態(tài)電流，關(guān)斷模式(EN拉低)下僅消耗6 A電流。其SET腳輸入接地時，選擇5 V的預(yù)置輸出電壓。另外，也可以將SET引腳通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)接到穩(wěn)壓器輸出端，在2．54～11 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。OUT_SENSE引腳還能對負載電壓進行遠端檢測，從而消除引線電阻壓降產(chǎn)生的誤差。該芯片還具有短路保護和熱關(guān)斷功能，具體電路如圖2所示。

    圖中C10主要用于改善紋波特性，C19和C20于消除芯片自激振蕩和改善瞬態(tài)響應(yīng)。為有效地把兩級放大電路電源隔開，最好在電源輸出端分兩線，一線接第一級放大電路電源，另一線加一個二極管再接至第二級放大電路電源。為保證第二級的供電電壓，電路使用鍺二極管，導(dǎo)通壓降僅為0．3 V對電路放大性能不會產(chǎn)生太大影響。
2．3 濾波器設(shè)計
    濾波器主要是對帶外信號和噪聲進行大幅度衰減，而對帶內(nèi)信號則保持不衰減或盡量小衰減通過。出于對設(shè)計的放大電路頻率范圍比較大的考慮(低頻的輸入信號一般比較大，而高頻的輸入信號一般比較小)，必須設(shè)計一個濾波器，并且此濾波器的要求是：1)對帶外信號，尤其是高頻分量的信號進行較大幅度的衰減；2)保證帶內(nèi)信號盡量不衰減或衰減足夠小的通過，以確保放大器的靈敏度要求和放大器的增益要求；3)在濾除部分噪聲的同時，盡量小地產(chǎn)生噪聲帶至后級放大電路中去。所以采用無源濾波器并作圖3所示設(shè)計。

    濾波器是由2個電容C1、C2和2個電感L1、L2構(gòu)成的，通過對可調(diào)電感L2的調(diào)整來調(diào)節(jié)濾波器的濾波特性，最終滿足信號選擇的要求。

3 結(jié) 論
    低噪聲寬帶放大器的設(shè)計是建立在某接收機設(shè)計應(yīng)用基礎(chǔ)上的一種方案。該方案在設(shè)計上采用了分立元器件與集成電路相結(jié)合的方式，充分利用各自的優(yōu)勢使得整體模塊具有電路設(shè)計簡單、放大效果優(yōu)良、實現(xiàn)較容易等特點。設(shè)計中還應(yīng)進一步處理好射頻放大器增益與帶寬之間的關(guān)系，從實際需求出發(fā)，二者兼顧以獲取更好的放大性能。希望該方案能為更多的低噪聲寬帶射頻放大器的設(shè)計提供一定的參考。