典型的信號發生器可提供25mV至5V輸出電壓。為了驅動50Ω或更高的負載，一般會在輸出端使用大功率分立器件、多個並行器件，或者成本高昂的ASIC。其內部通常具有繼電器
，可ke以yi使shi設she備bei在zai不bu同tong的de放fang大da或huo衰shuai減jian等deng級ji之zhi間jian進jin行xing切qie換huan，從cong而er調tiao節jie輸shu出chu電dian平ping。根gen據ju需xu要yao，在zai對dui繼ji電dian器qi開kai關guan而er實shi現xian各ge種zhong增zeng益yi時shi
，在zai一yi定ding程cheng度du上shang會hui導dao致zhi工gong作zuo不bu連lian續xu。簡jian化hua方fang框kuang圖tu如ru圖tu1所示。

 

圖1：典型信號發生器輸出級的簡化方框圖。

 

使用新款放大器IC作(zuo)為(wei)輸(shu)出(chu)級(ji)功(gong)放(fang)，可(ke)以(yi)在(zai)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)內(nei)部(bu)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)直(zhi)接(jie)驅(qu)動(dong)負(fu)載(zai)，因(yin)此(ci)可(ke)簡(jian)化(hua)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)級(ji)設(she)計(ji)
，並(bing)降(jiang)低(di)複(fu)雜(za)度(du)和(he)成(cheng)本(ben)。這(zhe)種(zhong)輸(shu)出(chu)的(de)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)器(qi)件(jian)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)大(da)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)級(ji)，可(ke)提(ti)供(gong)高(gao)速(su)、高電壓和大電流
，以及具有連續線性微調功能的可變放大器。

 

圖2.帶VGA的信號發生器輸出級的簡化框圖

 

首先，初始輸入信號必須通過VGA放大或衰減。VGA的輸出信號可以設置為所需的幅度
，而與輸入信號無關。例如，對於增益為10
、輸出幅度VOUT為2V的情況
，VGA的輸出幅度必須調整至0.2V。遺憾的是，許多VGA都會因為增益範圍有限而產生瓶頸——增益範圍大於45dB的情況很少。

 

ADI公司在低功耗VGA AD8338上實現了0dB至80dB可編程增益範圍。因此，在理想條件下，可以將信號發生器的輸出幅度連續設置在0.5mV和5V之間
，而無需使用額外的繼電器或開關網絡。通過去除這些機械元件，可以避免不連續的輸出。因為數模轉換器（DAC）和直接數字頻率合成器（DDS）通常具有差分輸出，所以AD8338提供全差分接口。此外，通過靈活的輸入級，輸入電流有任何的不對稱，都可以通過內部反饋回路得到補償。同時
，內部節點保持在1.5V。在正常情況下，最大1.5V輸入信號在500Ω輸入電阻時會產生3mA電流。在更高輸入幅度（例如15V）的情況下
，可能需要在輸入引腳串聯一個更大的電阻——其阻值要確保所產生的電流同樣為3mA大小。

 

許多商用信號發生器在50Ω（正弦波）負載下提供最大250mW（24dBm）的有效輸出功率。但是，這對於具有較大輸出功率的應用通常不夠用

，例如測試HF放大器或生成超聲波脈衝之所需。因此


，還需要使用電流反饋放大器。ADA4870在±20V電源電壓下，可以在輸出端以17V的幅度提供1A的驅動電流。它可以在滿載情況下生成高達23MHz的正弦波，因此成為了通用任意波形發生器的理想前端驅動器。為了優化輸出信號擺幅，ADA4870的增益配置成10，因此所需的輸入幅度為1.6V。但是
，由於ADA4870具有地參考輸入
，而上遊的AD8338具有差分輸出

，因此在兩個器件之間應連接差分接收器放大器，而實現差分到地參考的轉換。AD8130提供270MHz的增益帶寬積（GBWP），壓擺率為1090V/µs，非常適合這種應用。AD8338的輸出限製在±1V，因此AD8130的中間增益應設計為1.6V/V。整體電路配置如圖3所示，其可在22.4V（39dBm）幅度和50Ω負載下實現20MHz帶寬。

 

圖3：采用分立設計的信號發生器輸出級的簡化電路。

 

通過大功率的VGA（AD8338）
、大功率的CFA（ADA4870）和差分接收器放大器（AD8130）的組合
，就可以相對輕鬆地設計出小尺寸大功率的信號發生器輸出級。它具有更高的係統可靠性、更長的服務壽命和更低的成本
，因此比傳統輸出級更優。

 

參考文獻

 

Hunter, David. “Two New Devices Help Reinvent the Signal Generator.” Analog Dialogue, October 2014.

 

 

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