CN206195731U - 一种高动态范围的放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高动态范围的放大电路。包括：第一放大器、第二放大器、功率检测模块、增益控制模块。第一放大器和第二放大器顺序连接，构成两级放大电路；功率检测模块连接到第二放大器的输出端，检测两级放大电路的输出功率，将其转换为电压信号，输出至增益控制模块；增益控制模块包括第一参考电压设置电路、第二参考电压设置电路、反馈增益调节电路，第一参考电压设置电路提供电压V₁，与第一放大器连接；第二参考电压设置电路提供电压V₂，与第二放大器连接；反馈增益调节电路提供电压V_G，与两级放大器连接,两级放大电路的放大顺序为逆序放大。电路简单易实现，应用广泛。

Description

一种高动态范围的放大电路

技术领域

本实用新型涉及一种应用于射频和中频增益自动控制的高动态范围放大电路。

背景技术

放大电路在各种仪表、无线通信设备等电子***中具有广泛应用。在当今科技迅猛发展的背景下，各类电子产品越来越多，各种装置对信号的要求越来越高，尤其是一些接收机，对小信号的放大处理要求更为严苛。普通放大电路往往通过两级或几级放大器级联，逐级放大来提高增益，但这种方法常常会出现进入到后级放大器信号的功率超出放大器的IP1dB(Input 1dB Compression)，引起信号饱和失真，此类放大电路的增益一般低于理论值，造成功耗上的浪费。也有电路采用信号切换开关实现衰减量控制，当信号强度大时，切换到衰减量大的接受链路，使信号落在正常的动态范围内。但此种多输入多输出电路设计复杂，占用面积大，成本高。

本实用新型提供的放大电路适用于AGC(Automatic Gain Control)放大电路情况，可以实现放大电路的增益可调。本实用新型可以根据检测信号功率的强弱来调节两级放大电路的增益，放大电路工作时，优先使用第二放大器，在输入信号功率不超过第一放大器的IP1dB的前提下，保证进入到第二放大器的信号功率也不超过其IP1dB，同时保证两个放大器的增益能够得到充分利用，输出信号不失真，提供高的动态范围。除此以外本实用新型的电路简单易实现，可以节约成本，具有重要的应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高动态范围的放大电路，解决目前各类电子产品放大电路增益低、动态范围小的问题。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型实施例提供了一种高动态范围的放大电路，包括第一放大器、第二放大器、功率检测模块、增益控制模块，其中：

所述第一放大器和第二放大器顺序相连，构成两级放大电路；

所述功率检测模块连接到第二放大器的输出端，检测两级放大电路的输出功率，将其转换为电压信号，输出至增益控制模块；

所述增益控制模块包括第一参考电压设置电路、第二参考电压设置电路、反馈增益调节电路，第一参考电压设置电路提供电压V₁，与第一放大器连接；第二参考电压设置电路提供电压V₂，与第二放大器连接；反馈增益调节电路提供电压V_G，与第一放大器及第二放大器连接。

进一步的，所述电压V₁大于所述电压V₂，V₁与V₂的差值为V₀。所述两级放大电路的放大顺序为逆序放大，有四种工作状态：

当V_G≤V₂-V₀/2时，第一放大器与第二放大器均处于最小增益状态；

当V₂-V₀/2＜V_G≤V₂+V₀/2时，第一放大器处于最小增益状态，第二放大器线性放大状态；

当V₁-V₀/2＜V_G≤V₁+V₀/2时，第一放大器处于线性放大状态，第二放大器处于最大增益状态；

当V_G＞V₁+V₀/2时，第一放大器与第二放大器均处于最大增益状态。

本实用新型的有益效果在于提供高动态范围的放大电路，尤其适用于AGC放大电路。此放大电路可以根据输入信号功率强度自动调节放大器的增益，使进入到每一级放大器的信号功率都不超过其IP1dB，充分利用了每个放大器的增益，提高了电路的接收动态范围而不会引起信号失真。同时本实用新型提供的高动态范围放大电路结构简单，占用面积小，易于实现，节省生产成本。

附图说明

通过参考附图可以更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不是对本实用新型的任何限制，在附图中：

图1是本实用新型提供的高动态范围放大电路的结构框图。

图2是本实用新型实施例提供的一种基于AD603放大器的高动态范围放大电路的电路图。

图3是本实用新型实施例提供的一种参考电压设置电路。

图4是本实用新型实施例提供的另一种参考电压设置电路。

具体实施方式

为了清楚、完整地描述本实用新型的目的、设计方案以及优点，下面将结合附图对本实用新型进行详细阐述。所描述的实施例仅是为了解释本实用新型，并不是对本实用新型进行限定。

本实用新型提供的高动态范围放大电路包括第一放大器10、第二放大器20、功率检测模块30、增益控制模块40。第一放大器10和第二放大器20顺序相连，构成两级放大电路；功率检测模块30连接到第二放大器20的输出端，检测两级放大电路的输出功率，将其转换为电压信号，输出至增益控制模块40。增益控制模块40包括第一参考电压设置电路401、第二参考电压设置电路402、反馈增益调节电路403。

其中，第一参考电压设置电路401提供电压V₁，与第一放大器10连接；第二参考电压设置电路402提供电压V₂，与第二放大器20连接；功率检测模块30提供的电压经过反馈增益调节电路403处理输出电压V_G，与第一放大器10及第二放大器20连接，为两级放大器提供参考电压。电压V₁大于电压V₂，放大电路工作时，第二放大器20先工作，再用第一放大器10对信号进行放大。

上述实施例中提供的高动态范围放大电路如附图1所示，以AD603放大器为例，详细工作原理如下：

AD603芯片的增益范围由其5管脚和7管脚之间串联的电阻值R1、R2决定。当5管脚和7管脚之间为开路时，AD603的增益范围为10dB～50dB，调节范围40dB；当5管脚和7管脚之间为短路时，AD603的增益范围为-10dB～30dB，调节范围40dB；当5管脚和7管脚之间串联电阻时，AD603的增益范围为G～G+40dB,-10dB＜G＜10dB。AD603的5管脚和7管脚串联的电阻可根据需求进行取值，放大电路的增益叠加，最大增益可100dB，最小增益-20dB，调节范围80dB。

功率检测模块30检测第二放大器20的输出端功率，将其转化为电压信号传输给增益控制模块40；增益控制模块40中的反馈增益调节电路403根据接收到的电压信号，给两级AD603的1管脚提供反馈电压V_G，输入信号越强，V_G值越低，反之输入信号越弱V_G值越高。两级AD603的2管脚参考电压分别由第一参考电压设置电路401和第二参考电压设置电路402提供，分别为V₁和V₂,V₁和V₂的值保持不变，且V₁和V₂差值V₀绝对值为1V。当V_G-V₁≥0.5V时，第一放大器10的增益为G₁+40dB；当V_G-V₁≤-0.5V时，第一放大器10的增益为G₁当-0.5＜V_G-V₁＜0.5V时，第一放大器10的增益为(V_G-V₁+0.5V)/1V*40dB+G₁。同理当V_G-V₂≥0.5V时，第二放大器20的增益为G₂+40dB；当V_G-V₂≤-0.5V时，第二放大器20的增益为G₂；当-0.5＜V_G-V₂＜0.5V时，第二放大器20的的增益为(V_G-V₂+0.5V)/1V*40dB+G₂。

通常情况下，V₁的电压取值要小于V₂，即V₂-V₁＝1V，放大电路工作时，优先使用第一放大器10的增益。这种情况的放大电路，信号经过第一放大器10放大后再进入第二放大器20，很容易超过第二放大器20的IP1dB，引起信号失真，其动态范围很小。本实用新型的V₁和V₂的电压取值与上述情况相反，即V₁-V₂＝1V，放大电路工作时，优先使用第二放大器20，这种取值能使进入到第二放大器20的信号强度不会超过其IP1dB，在很高的动态范围内信号不会失真。

为了便于理解，以R1＝R2＝2.49KΩ为例，即两级放大器的可调增益范围均为0dB～40dB，设需要信号的输出功率达到P_out＝0dBm，第一放大器10的增益为G₁₀，第二放大器20的增益为G₂₀。放大器AD603的IP1dB为-11dBm。下面将分别讨论时V₁＜V₂和V₁＞V₂时放大电路的动态范围，以更好的展示本实用新型的优点。

1.V₁＜V₂，即先用第一放大器10放大再用第二放大器20放大：

1)V_G-V₁＞0.5V,V_G-V₂＞0.5V时，G₁₀＝G₂₀＝40dB，需要满足：P_in+G₁₀+G₂₀＝0dBm，P_in+G₁₀＜-11dBm，得到P_in＝-80dBm

2)V_G-V₁＞0.5V,-0.5V≤V_G-V₂≤0.5V时，G₁₀＝40dB，G₂₀＝(V_G-V₂+0.5V)/1V*40dB，需要满足：P_in+G₁₀+G₂₀＝0dBm，P_in+G₁₀＜-11dBm，得到-80dBm≤P_in≤-51dBm。

3)-0.5V≤V_G–V₁≤0.5V,V_G–V₂＜-0.5V时,G₁₀＝(V_G-V₁+0.5V)/1V*40dB，G₂₀＝0dB，需要满足：P_in+G₁₀＝0dBm，P_in+G₁₀＜-11dBm，数值结果矛盾，即第一放大器10输出功率必定会超过第二放大器20的IP1dB。

综上，V₁＜V₂时，输入信号功率应为(-80dBm～-51dBm)，才能保证输出信号达到0dBm且不失真，动态范围小。

2.V₁＞V₂，即先用第二放大器10放大再用第一放大器20放大：

1)V_G-V₁＞0.5V,V_G-V₂＞0.5V时，G₁₀＝G₂₀＝40dB，需要满足：P_in+80dB＝0dBm，P_in+40dB＜-11dBm，得到P_in＝-80dBm

2)-0.5V≤V_G-V₁≤0.5V,V_G-V₂＞0.5V时，G₁₀＝(V_G-V₁+0.5V)/1V*40dB，G₂₀＝40dB，需要满足：P_in+G₁₀+G₂₀＝0dBm，P_in+G₁₀＜-11dBm，得到-80dBm≤P_in≤-40dBm。

3)V_G–V₁＜-0.5V,-0.5V≤V_G–V₂≤0.5V时，G₁₀＝0dB，G₂₀＝(V_G-V₂+0.5V)/1V*40dB，需要满足：P_in+G₂₀＝0dBm，P_in＜-11dBm，得到-40dBm≤P_in＜-11dBm。

综上，V₁＞V₂时，输入信号功率应为(-80dBm～-11dBm)，可以保证输出信号达到0dBm且不失真，动态范围远大于V₁＜V₂的情况。

进一步的，放大器选用增益可调放大器，不限定于实施例中的放大器；第一、第二放大器10和20可以选用相同的放大器也可以选用不同的放大器；

进一步的，功率检测模块30电路可以是振幅检波器，也可以是由二极管、电容、电阻等搭成的检测电路，也可以由滤波网络、运算放大器等组成；

进一步的，增益控制模块40电路可以由放大器、比较器构成，也可以由三极管、二极管、电阻、电容等搭成的控制电路。

进一步的，第一参考电压设置电路401和第二参考电压设置电路402可以是附图3所示的由电阻串联组成的分压电路，两个参考电压设置电路取不同的电阻值以获得V₁、V₂；可以由附图4所示的电路同时提供V₁、V₂；也可以由电源芯片提供V₁、V₂电压。

进一步的，反馈增益调节电路403处理功率检测模块30提供的电压，并输出电压VG，与第一放大器10及第二放大器20连接。第二放大器20输出的功率越高，反馈增益调节电路403输出的电压越低。

进一步的，选用不同的放大器，V1、V2、V0、VG的值根据需求调整，保证放大电路工作时，优先使用第二放大器20。

以上所述的实施例仅用于帮助阐述本实用新型，使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。所述实施例并没有详尽描述所有的细节，也不限制该实用新型适用范围和具体实施方式。在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，可对本实用新型作各种的修改和变型，这样的修改和变型均在所附权利要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种高动态范围的放大电路，其特征在于，包括第一放大器、第二放大器、功率检测模块、增益控制模块，其中：

所述第一放大器和第二放大器顺序连接，构成两级放大电路；

所述功率检测模块连接到第二放大器的输出端，检测两级放大电路的输出功率，将其转换为电压信号，输出至增益控制模块；

所述增益控制模块包括第一参考电压设置电路、第二参考电压设置电路、反馈增益调节电路，第一参考电压设置电路提供电压V₁，与第一放大器连接；第二参考电压设置电路提供电压V₂，与第二放大器连接；反馈增益调节电路提供电压V_G，与第一放大器及第二放大器连接。

2.根据权利要求1所述的高动态范围的放大电路，其特征在于，所述电压V₁大于所述电压V₂，V₁与V₂的差值为V₀，所述两级放大电路的放大顺序为逆序放大，有四种工作状态：

当V_G≤V₂-V₀/2时，第一放大器与第二放大器均处于最小增益状态；

当V₂-V₀/2＜V_G≤V₂+V₀/2时，第一放大器处于最小增益状态，第二放大器线性放大状态；

当V₁-V₀/2＜V_G≤V₁+V₀/2时，第一放大器处于线性放大状态，第二放大器处于最大增益状态；

当V_G＞V₁+V₀/2时，第一放大器与第二放大器均处于最大增益状态。