可编程增益放大器模拟通道的设计
程控增益放大器的几种通用设计方法
程控增益放大器的几种通用设计方法
程控增益放大器是一种可以根据输入信号的强弱自动调节增益的放大器。
它在很多领域都有广泛的应用，比如音频设备、通信系统以及各种测量仪器中。
本文将介绍几种常见的程控增益放大器的通用设计方法。
一、电容偶合式程控增益放大器
电容偶合式程控增益放大器是一种简单而常用的设计方法。
其基本原理是通过在输入信号的源端串联一个可变电容器，通过改变电容器的容值来调节输入信号的强弱，并最终达到调节增益的目的。
具体的设计步骤如下：
1. 确定增益范围和调节步长：根据实际需求确定程控增益放大器的增益范围和调节步长。
增益范围越大，调节步长越小，对电容器的容值要求也越高。
2. 选择电容器：根据增益范围和调节步长的要求，选择适合的电容器。
一般来说，电容器的容值应在增益范围的1/10至1/100之间。
3. 设计电路：根据选择的电容器，设计出电容偶合式程控增益放大器的电路。
电路的基本原理为输入信号经过输入电容后，通过放大电路放大后输出。
4. 调节电容器：通过改变电容器的容值，调整输入信号的强弱和放大器的增益。
可以通过改变电容器的容值之间的连接方式或者通过改变电容器的容值来实现调节。
电容偶合式程控增益放大器、阻容偶合式程控增益放大器和反馈式程控增益放大器是几种常见的程控增益放大器的通用设计方法。
不同的设计方法有不同的原理和实现方式，可以根据实际需求和具体情况选择合适的方法进行设计。
一种低功耗高分辨率可编程增益放大器的设计
一种低功耗高分辨率可编程增益放大器的设计董超;杨虹【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2012(000)003【摘要】A low-power and high-resolution programmable gain amplifier is designed for Zero-IF receiver in this paper.Architecture of source degeneration resistor is adopted and the linearity is improved by using a gm-boosting circuit.The bandwidth of the amplifier is enlarged by adding compensation capacitors and the object of low-power design is achieved.The PGA is designed based on 0.25μm CMOStechnology.Simulation results show that the PGA has a gain range from 0 to 62dB and the maximal consumption is 2.2mW at 2.5V supply voltage with a 0.5pF load.The gain resolution is 0.25dB.Its bandwidth is 10MHz and IIP3 is 17.9dBm.%该文设计了一种用于零中频接收机的低功耗高分辨率可编程增益放大器。
该放大器采用源级电阻负反馈结构,利用跨导增强技术提高了放大器的线性度,并加入补偿电容扩展了带宽,实现了低功耗设计。
该可编程增益放大器采用0.25μmCMOS工艺,仿真结果表明,在0.5pF负载电容的情况下,放大器增益动态的范围是0～62dB,2.5V供电电压下最大功耗为2.2mW,增益分辨率达到0.25dB,带宽10MHz,0dB增益时输入三阶交调点为17.9dBm。
基于单片机的可编程放大器硬件设计
28科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 程 技 术1 方案论证方案一:采用模拟开关实现程控增益放大器。
如图1所示,模拟开关可由数字编码控制以选通电阻网络中的不同阻值。
该方案实现简单,但其缺点是放大倍数级差变化较大,可调范围较小。
方案二:利用数字电位器与运算放大器构成程控增益放大器,如图2。
其特点是,可实现量程多级变化而且线路简单,但由于数字电位器制造工艺等因素限制,其通频带受限。
方案三:利用D /A 转换器实现程控增益放大器,如图3。
D/A转换器内部有一组模拟开关控制的电阻网络,与运放一起可组成可控增益放大器。
该方案能很好的实现数字控制。
综上所述,方案三中采用D /A 转换器组成的可编程放大器,具有较好的微机接口功能,使得其实现电路简单、可靠且通频带能满足题目要求,故选择方案三。
2 系统设计——硬件设计2.1稳压电源模块稳压电源电路采用三端固定式稳压器,220V交流信号经变压、整流、滤波,再通过7812、7912、7805产生稳定电压给系统供电。
在电路中,芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外,另外我们还需在芯片引出脚根部接小容量电容到地,分别用于抑制芯片的自激振荡和压窄芯片的高频带宽,减小高频噪声。
2.2程控放大模块为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用D/A芯片DAC0832的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。
又考虑到D A C 0832是一种廉价型的8位D /A 转换芯片,其输出Vref DV out256,其中Dn为8位数字量输入的二进制值,可满足256挡增益调节,满足题目步进0.25db的精度要求。
它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用DAC0832来实现信号的程控衰减。
但由于DAC0832对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV ～V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达DAC0832前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过DA C0832衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为60d B ,与DA C0832的衰减分母抵消,即可实现程控放大。
模数接口中的可编程增益放大器(PGA)
模数接口中的可编程增益放大器（PGA）用可编程增益(PGA)处理数据采集系统中/变送器模拟输出和信号处理数字之间的接口。
单片和高集成度PGA现在被可编程、更高精度、更高吞吐量和更小封装尺寸的模块和混合计划替代。
因为来自传感器/变送器的模拟信号的本性，使其工作必需具备相当大的动态范围。
这要求采纳延续增益级在举行任何实际的数字处理之前增大这些信号，PGA能满足这种要求。
PGA是可变增益放大器(VGA)的一种。
VGA提供可变和延续增益控制，而PGA必需在软件控制下以固定步(通常6dB步)做到可变增益控制。
达到更精细的辨别步0.5dB是可能的。
普通多通道数据采集系统用无数不同类型的传感器/变送器，这包括热电偶、惠斯登电桥，热敏、应变计和超声系统。
虽然，传感器/变送器是基于不同的物理原理，但大多数产品是以做为输出。
甚至这会产生中间值(如或电阻)，但终于变换为电压，以便在数据采集系统中举行进一步处理(图1)。
传感器/变送器的输出可笼罩十分大的范围，需要PGA来处理传感器/变送器输出到的接口。
例如，在工业过程控制系统中，低频信号可以几毫伏到几伏变幻。
需要PGA来匹配这种宽传感器/变送器输出范围到特定的ADC输入范围。
通常，在输入数据采集通道最低信号电平与最高信号电平之比是2个量级或更大。
12位ADC接收小于ADC满标输入非常之一的信号仅可提供8位辨别率，除非在信号到达ADC之前用PGA放大。
PGA允许在软件控制下使接收信号的增益达到宽范围增益一带宽乘积。
这可避开钳位并允许采纳较廉价的ADC，如用12位ADC替代16位ADC。
PGA可做更多事情。
PGA缓冲来自前级(通常是多路转换器)ADC的输入，防止多路转换器导通电阻所引起的加载。
PGA也提供差分离单端的变换，大多数跟踪和保持型ADC需要单输入。
把PGA衔接到差分多路转换器输出时，PGA提供共模抑制。
在市场上可以得到无数种PGA和支持元件。
这包括可自立应用的运放被特地设计成PGA、ASIC、集成有可编程的PGA、仪表放大器PGA、用于运放的数字电位器前端、PGA用数字可编程分压器、ADC驱动器。
程控增益放大器的几种通用设计方法
程控增益放大器的几种通用设计方法程控增益放大器（AGC）是一种能够自动调节增益的放大器，它能够在输入信号强弱不一的情况下保持输出信号的稳定性。
在许多无线通信系统和音频设备中，AGC都扮演着重要的角色。
本文将介绍几种常见的程控增益放大器的通用设计方法，帮助读者更好地了解和应用AGC技术。
一、基于反馈的AGC设计方法反馈是一种常见的控制方法，通过对输出信号进行采样并与输入信号进行比较，然后根据比较结果对增益进行调节。
基于反馈的AGC设计方法一般包括以下几个关键步骤：1. 采样输出信号。
通过使用信号检测器或功率检测器来对输出信号进行采样，获取其能量或功率的信息。
2. 与输入信号进行比较。
将采样得到的输出信号能量或功率与输入信号进行比较，得到它们之间的差异。
3. 根据比较结果调节增益。
根据比较结果来控制放大器的增益，使输出信号的能量或功率保持在一个稳定的水平。
基于反馈的AGC设计方法的优点是稳定性高、响应速度快，适用于大多数AGC应用场景。
这种方法也存在一些缺点，比如对反馈路径的稳定要求高、容易产生回音等问题。
与基于反馈的AGC设计方法相对应的是基于前馈的AGC设计方法。
前馈AGC的核心思想是在信号放大前通过控制环路对输入信号进行预处理，从而实现对放大器增益的控制。
基于前馈的AGC设计方法一般包括以下几个关键步骤：1. 使用可变增益放大器。
在输入信号经过放大之前，通过可变增益放大器对信号进行预处理，调节增益来实现对输入信号的控制。
2. 设置控制环路。
设计控制环路，通过对控制信号进行调制来控制可变增益放大器的增益，从而实现对输出信号的稳定控制。
3. 调节控制参数。
通过调节控制环路的一些参数，比如控制信号的幅度、频率等来控制放大器的增益。
随着数字技术的发展，越来越多的AGC设计方法开始采用数字控制的方式。
基于数字控制的AGC设计方法一般包括以下几个关键步骤：1. 数字信号处理。
将输入信号进行数字化处理，并通过一些算法对信号的能量或功率进行测量和分析。
课程设计(模电)程控增益放大器设计
电子技术课程设计报告（一）程控增益放大器设计院系：电气与信息工程学院专业：电子信息工程班级：11-2班姓名：学号：黑龙江工程学院电气与信息工程学院目录目录 (1)第1章系统设计 (2)1.1设计要求 (2)1.1.1设计任务 (2)1.1.2技术要求 (2)1.2方案比较 (2)1.3 方案论证 (3)1.3.1 总体思路 (3)1.3.2 设计方案 (3)第2章主要电路设计与说明 (5)2.1 CD4052芯片说明 (5)2.2 TL082 (5)2.3主要电路的设计 (6)第3章系统的安装、调试与参数测量 (8)3.1系统的安装 (8)3.2调试 (8)3.3参数测量 (9)3.3.1 测量数据与理论数据 (9)3.3.2 误差分析 (9)第4章结论、修改意见及心得体会 (10)4.1 结论 (10)4.2 修改意见 (10)参考文献 (11)附录 (12)第1章 系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计一个程控增益放大器，要求提供总体设计方案，画出各单元及总体电路图，计算元件参数，安装并调试电路。
写出设计总结报告。
1.1.2技术要求1) 增益调整为：1倍、2倍、5倍、和10倍4档；2) 由拨码开关切换增益；3) 10倍增益带宽为20KHz ；1.2方案比较方案一：采用由同相比例放大器构成的程控增益放大器，如图1.2.1：图1.2.1 电磁继电器法通过切换电阻R 的值，从而改变放大倍数RR 1A f +=。
f R 的切换通过继电器开关来切换。
这种方案由于继电器尺寸过大，工作慢，效率低、线圈还需要大的能量，所以工作电流大，并且存在电磁辐射，所以这种方案不可取。
方案二：依然采用同相比例放大器构成的程控增益放大器，如图1.2.2：图1.2.2 模拟开关方法两路模拟开关的控制端接在一起，并用电压跟随器跟随输出端，这样的设计不仅解决了模拟开关导通电阻对电路精度的影响，并且达到了正比例放大电路的要求。
ads1115原理
ads1115原理ADS1115是一款高精度的模数转换器（ADC），它可以将模拟信号转换为数字信号。
在很多应用中，我们需要将模拟信号转换为数字信号进行处理和分析，而ADS1115正是为此而设计的。
我们来了解一下ADS1115的基本原理。
它采用了Σ-Δ调制技术，即利用了过采样和数字滤波的方法来提高转换精度。
通过将模拟信号与参考电压进行比较，并将比较结果转换为数字信号，从而实现模数转换的功能。
ADS1115的输入电压范围可达到±6.144V，同时具有四个单端或两个差分输入通道，可以适应不同应用的需求。
此外，ADS1115还具有可编程增益放大器，可以选择不同的增益来适应不同的信号强度。
为了提高转换精度，ADS1115还具有内部参考电压和温度传感器。
内部参考电压可以提供稳定的参考电压，以保证转换结果的准确性。
温度传感器可以实时监测芯片的温度，以便在高温环境下自动调整转换参数，提高性能和可靠性。
除了基本功能外，ADS1115还具有一些高级功能，如可编程数据速率、低功耗模式和比较器功能。
可编程数据速率可以调整转换速度，以满足不同应用的需求。
低功耗模式可以降低功耗，延长电池寿命。
比较器功能可以将转换结果与阈值进行比较，并触发中断或输出警报信号。
在实际应用中，ADS1115广泛应用于工业自动化、仪器仪表、传感器信号处理等领域。
例如，在工业自动化中，ADS1115可以用于测量温度、压力、湿度等模拟量，并将其转换为数字信号，进行数据处理和控制。
在仪器仪表中，ADS1115可以用于测量电压、电流、阻抗等模拟量，并将其转换为数字信号，进行显示和分析。
在传感器信号处理中，ADS1115可以用于放大和滤波传感器输出信号，提高信噪比和精度。
ADS1115是一款高精度的模数转换器，具有广泛的应用前景。
它通过Σ-Δ调制技术实现模数转换，具有高精度、多通道、可编程增益放大器等特点。
在实际应用中，ADS1115可以用于工业自动化、仪器仪表、传感器信号处理等领域，为模拟信号转换提供了可靠的解决方案。
广东石油化工学院：可编程放大器设计(模拟电子技术课程设计)
三、单元电路设计与参数计算
3.1 计数器
在电子计算机和数学逻辑电路中，计数器是最基本的部件之一，它能累计输 入脉冲的数目，就像我们数数字一样，如来的时钟脉冲的宽度一定时，计数器就 成了定时器，在自动化控制等许多方面有不可替代的作用。
放。包括 OP07\F032\F714 等。 （3）高输入阻抗集成运放。采用场效应管构成的高输入阻抗集成运放,其输
出阻抗可达 1012Ω数量级。 （4）高速集成运放(如 LM318),可用于 A/D\D/A 转换\有源滤波\模拟乘法器
等。另外还有高压集成运放,可以解决高输出电压或高输出功率的要 求。
4066模拟开关控制电阻的放大电路可编程放大器设计模拟电子技术课程设计方案3方案是ui输入信号时运用继电器开关来控制电阻电路的通断74ls161计数器接收到上升沿电平出发的时候74ls161计数器转换成两个4位bcd码来控制npn放大电路使继电器有足够的电流工作进而使8路电阻通断状态实现电压的放大效果
图 4 继电器的控制电阻仿真电路 方案 1 这个方案它是用了 8 个开关来实现，这样可以做出可编程放大器结 果。但这不符合老师所给选的题目要求，所以不选此方案。 方案 2 这个方案用 4066 模拟开关通过 74ls161 计数器 BCD 码，74ls161 计 数器产生 BCD 码可以实现 00-99 种不同的状态。这个方案完全达到题目的要求， 它不可以对信号进行放大，由于 4066 内部电阻影响，当输入电压增大放大变大 所造成的误差值很明显超出老师的 1 N 2 要求，这是这个电路的最大缺点。
自动增益控制放大器电路设计
自动增益控制放大器电路设计作者：赛前辅导教师：摘要系统由变增益放大电路，峰值检测电路，AD转换电路，控制电路组成。
可变增益电路部份以AD603为核心，信号经AD603后，经峰值检测电路检测电压峰值、以ADC0809进行AD转换。
再将信号传至AT89S52，AT89S52产生PWM波控制AD603的放大倍数。
从而实现可变增作用。
AbstractSystem consists of variable gain amplifier, peak detector circuit, AD converter circuit, control circuit. AD603 variable gain circuit section to the core, the signal by the AD603, after the peak detection circuit detects the peak voltage to the AD converter ADC0809. Then the signal transmitted AT89S52, AT89S52 generate PWM wave control AD603 magnification. Increasing role in achieving variable.一、系统方案论证与比较可变增益放大器选择方案一：利用放大器和场效应管一路组成的电路实现自动增益控制。
整个电路由包括场效应管在内的压控增益放大器，整流滤波电路，直流放大器组成，实现增益的闭环控制。
信号自输入端进入到电路中，运放A1组成压随器，作为输入级。
由运放A2组成反向放大器，其增益由场效应管的源极和漏极之间的电阻决定。
输出电压通过整流电路和滤波电路形成压控电压，加到场效应管的栅极，当压控电压发生转变时，源极和漏极之间的电阻亦发生转变，因此放大器的放大倍数也发生转变，因此当音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节，达到自动增益控制的目的。
一种宽带可编程增益放大器设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第26卷Vol.26第20期No.202018年10月Oct.2018收稿日期：2017-12-09稿件编号：201712039作者简介：张博（1983—），男，陕西西安人，博士，教授。
研究方向：硅基射频毫米波集成电路设计、先进工艺器件建模、高速无线通信系统芯片设计。
随着无线通信技术的高速发展，集成电路的发展越来越快。
可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier ，PGA ）作为集成电路中的重要模块，也就被广泛应用于无线通信系统等领域[1-6]。
其中，PGA 在电路中起着变化增益、调整信号动态范围和稳定信号的作用[1-2]，如在射频前端电路的信号太弱时，PGA 可提供一定增益使信号被放大到适当的信号水平[3-4]。
由于增益步进和增益误差是PGA 的两项重要指标，不同PGA 针对不同应用场景，增益步进和误差要求不同，所以这两项指标的优化设计电路已经相当成熟[7-9]。
但是一般会对带宽和噪声系数（noise factor ，NF ）的设计要求比较低，如文献[6]中的带宽为20MHz ，NF 为28dB ，文献[10]中的带宽为57MHz ，NF 为19.3dB ，文献[11]中的带宽仅为40MHz 。
因此，本次设计拟针对PGA 的带宽和噪声进行优化设计，除了考虑引入直流失调校准电路（Direct Current Offset Cancellation ，DCOC ）外，还会重点设计主运放部分电路，对NF ，线性度、相位裕度等指标进行优化设计。
1PGA 电路结构本次PGA 电路采用开关控制电阻反馈网络的结构来实现可变增益。
主要由OPA 、DCOC 、电阻反馈网络和2-4译码器4部分组成。
总体结构如图1所示。
一种宽带可编程增益放大器设计张博，王云娜，孙景业，吴昊谦（西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121）摘要：基于台积电0.18μm 工艺，设计一款频率为0~100MHz 的宽带可编程增益放大器（program⁃mable gain amplifier ，PGA ）。
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可编程增益放大器模拟通道的设计 Design of analog channel of programmable gain amplifier -i- 摘 要 本文为可编程增放大器的模拟通道设计，它主要由三个模块电路构成，前级放大电路，后级功率放大电路和有效值转换电路，设计采用分级设计匹配互连的思想。该放大器以单片机AT89S52为控制核心，两级级联的低噪声增益可程控集成运算放大器AD603芯片为放大核心，利用控制通道D/A转换器输出模拟电压控制AD603的增益控制端，实现增益的控制。输入缓冲级电路采用电压反馈型运放OPA642构成电压跟随器，有效提高输入阻抗。后级功率放大电路采用电流反馈型运放AD811和三极管2N3904和2N3906等搭建推挽电路，提高放大器驱动负载的能力。有效值转换芯片AD637将交流转换为直流经A/D转换后由单片机显示电压有效值。在电路布局中使用多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。该电路最小增益0dB,最大增益可达80dB，带宽可达10MHz且具有良好的稳定性。在控制通道中通过键盘手动预置增益值，LCD实时显示预置增益值和输出电压的有效值，操作简单可靠。该放大器宽频带、低噪声、高增益、性能稳定。
关键词：直流放大器；程控增益；AD603；功率放 -ii- 1 绪 论 1.1 课题背景 随着社会发展，各类型放大器的运用领域不断扩展。在当今科技和通讯高速发展下，各种自动化、智能化仪器装置对信号的要求越来越高，尤其在一些高精度的领域，对小信号的放大与处理要求更为严格。普通的运算放大器存在着本身不可忽略的缺点，用普通的运放设计的放大器一般具有频带窄、噪声系数大、低增益的特点。 而可编程增益宽带放大器可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，广泛地应用于军事、无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统（GPS）、直播卫星接收（DBS）、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域，有着广阔的应用前景。在许多应用中，为了优化整个系统的动态范围，可编程增益放大器是最基本的模块。一个可编程增益放大器通常被放在模数转换器的前面，以适应传输信道的损失变化从而减轻对模数转换器动态范围的要求。可编程增益放大器的增益是通过一个自动增益控制环路由数字信号控制的。为了使自动增益控制环路的稳定时间是一个常数，可编程增益放大器的增益必须是以分贝为单位线性变化。研究和设计一款高增益、高精度、低噪声、增益可控性高的直流宽带放大器成为了人们的广泛关注。 本课题主要是研究可编程增益放大器模拟通道设计原理与方法，以AD603 为核心设计一款高增益、高精度、低噪声的可程控增益的直流宽带放大器。
1.2 课题相关知识 1.2.1 放大器相关知识 可编程增益放大器（PGA:Programmable Gain Amplifier) 是随着计算机的应用，为了减少硬件设备，而使用的一种放大器。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节，以满足后续电路和系统的要求。 而宽带放大器是指工作频率上限与下限之比远大于1的放大器，即带宽很宽，习惯上也常把相对频带宽度大于20%～30%的放大器列入此类。用于对视频信号、脉冲信号或者射频信号的放大，在高速ADC的驱动器、中频（IF）放大器，以及在图像处理、无线电通信和测试仪器等领域中也有着各种应用。
1.2.2 功率放大电路 工作原理：利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源 的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 功率放大器的种类主要有A类、B类、AB类和D类功率放大器，其中A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好,外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。 本课题的后级功率放大电路采用了OCL互补对称功率放大电路,它是AB类功率放大电路，其主要特点为：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。效率较高，晶体管功耗较小。 OCL是英文“Output Capacitor Less”的缩写，意为无输出电容。 OCL功率放大电路是一种直接耦合的功率放大电路，省去了输出电容，易于采用深度负反馈，因而它具有频响宽，保真度高，动态特性好及易于集成化等特点。OCL电路通常采用两组电源供电，使用了正负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容，使放大器低频特性得到扩展。OCL功放电路也是定压式输出电路，该电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。
1.3 研究现状及存在的主要问题 运算放大器是PGA乃至整个模拟电路的核心模块。它非常广泛地应用于开关电容滤波器、调制解调器、整流器、峰峰探测器、模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A)等模块中。它的性能直接影响着整个电路的动态范围和高频的应用。已经有很多文献对这方面进行研究，它的设计目前己经非常成熟。但是，对于可变增益放大器的设计有几个指标是至关重要的： (1)增益范围：由于可编程增益放大器是可编程的，它的增益范围是可以变化的。因此增益是以dB为单位有一个变化范围，通常是几到几十dB。 (2)增益步长：增益每变化一次的最小间隔，通常是几dB。 (3)工作频率：它可以应用在射频、中频、和基带等不同的电路里。所以信号的带宽通常就是它要工作的频率范围。 (4)增益线性度：输出的增益变化随着控制的变化线性增长。这是自动增益控制 电路所要求的。 (5)失真：对于线性信号处理系统而言，谐波失真会影响后面模数转换器的精度，所以不同的系统对信号的失真度有一定的要求。通常要求它大于模数转换的信噪比。 (6)动态范围：它是指信号的变化范围。衡量信号线性度最常用的指标有ldB压缩点和三阶交调。 这几个方面又是互相联系互相制约的。而设计的目标通常是要求系统达到高的控制范围、高线性度、低失真、低直流失调以及大的动态范围。怎样设计好电路，处理好这几个方面之间的关系就成为PGA设计的主要问题。对这些问题的研究和解决，将极大地提高电路的性能。
1.4 课题研究内容 本课题主要是研究可编程增益放大器模拟通道设计原理与方法。 研究各类放大器的基本计算与设计，并应用模拟电路设计技术，完成可编程增益放大器的模拟通道设计。本文的研究的内容主要包括以下几个方面： (1)分析当前可编程增益放大器（PGA）的各种可行方案，比较各种方案的优缺点，选用较好的方案。 (2)选取适用于本应用的PGA方案。并分析所选结构中各个模块的作用。 (3)根据整体的要求，确定各个模块的指标参数，根据指标设计出实际的电路。 (4)通过仿真或者测试，验证该放大器的整体性能。 2 方案论证与比较 2.1 可控增益放大部分 方案一：利用集成多路模拟开关改变电阻 用不同阻值的固定电阻,通过集成多路模拟开关 (如8选1模拟开关CD4051 等) ,将其分别接入运算放大器的反馈回路,以此来达到改变反馈电阻的目的,从而实现对信号的放大或衰减,即改变放大器的增益,其原理如图2-1所示：
图2-1 CD4051B构成可变增益放大器 上述方案的优点是简单、通用，通过单片机控制模拟开关即可实现放大器的增益可变，控制简单。缺点是模拟开关的导通电阻影响放大器的增益，影响信号的传输精度，因为CD4501B的导通电阻随电源电压和输入模拟电压的变化而变化。且若想达到更多的调节范围，需要更多的电阻器，这样会是电路显得冗杂且带来更多的热噪声。 方案二：利用场效应管的可变电阻区改变反馈电阻 对于结型场效应管（如图2-2所示），知改变Ugs的大小可以有效地控制沟道电阻的大小，即场效应管可以用作受Ugs控制的压控电阻。因此将场效应管接入运算放大器的反馈网络，使运算放大器的等效反馈电阻随场效应管DS间的电阻变化而变化。数字信号通过D/A转换为模拟信号，输出通过分压接到场效应管门极（G），场效应管的源极（S）和漏极（D）间的电阻变化引起反馈电阻变化，从而引起放大器增益的变化。原理框图如图2-3所示: 由AGC控制场效应管可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度电源等的漂移都会引起分压比的变化，且控制电压线性变化时，放大倍数不是线性变化的，该方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。 图2-2 结型场效应管代表符号 图 2-3 场效应管放大器电路图 方案三：使用集成可变增益放大器来实现
图2-4 方案三原理电路图 使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA，用控制电压和增益（dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制（如图2-4）。考虑直接选用可调增益的运放AD603实现，该芯片是一款低噪声，精确控制的可变增益放大器，温度稳定性高。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定，其增益与控制电压呈线性关系，因此可以很方便的使用DAC转换器输出电压进行精确控制。此外AD603单级工作时可提供超过20dB的增益,两级级联后即可得到40dB以上的增益,通过后级放然后大器放大输出,在高频时也可提供超过