1、毕业论文文献综述 电子信息工程 应用可编辑逻辑器件控制的信号放大器研究综述 摘要 ：设计并实现了应用可编辑逻辑器件控制的信号放大器，利用 FPGA,NE5532 和 OP07 作为程控放大器的控制模块，实现可编程放大器的设置。 关键词 ：程控放大器； FPGA； NE5532； OP07 1 引言 随着电子技术的飞速发展，对信号处理要求的提升，信号可控放大显示出其重要性。在许多信号采集应用中，由于信号源的多样性，经常需要采集系统的前向通道具有可变的放大倍数，使之能够对测量信号进行满量程放大，以保证测量的精度。当输入信号为弱信号 的时候，信号处理电路需要具有放大功能。程控放大器能够针对输入信号的
2、弱项，选择相应的增益大小，在工业设计中非常重要。 随着可变增益放大技术的不断发展 ,它在自动测控、智能测控、智能仪器仪表等重要领域的应用也越来越广泛。可变增益放大器的增益改变方式主要有人工 (或机械 ) 和程控两大类 (后者一般借助 P) ,具体方法有多种 ,每种方法各有其优点和局限性。从理论上讲 ,改变集成运算放大器 (运放 ) 的反馈电阻或输入电阻 ,即可改变放大器的增益。但简单地改变反馈电阻或输入电阻所得到的可变增益放大器 ,往往并不具备理想的性能 ,有的根 本不能正常使用。从应用的角度出发 ,给出典型的可变增益放大器的实现方法 ,对可变增益放大器的正确选择和使用有指导意义。 2 可编程
3、控制器件及 FPGA 可编辑逻辑器件具有标准的集成电路特征。一方面，它的全功能集成电路块和标准集成电路一样，不同的生产厂家可以生产相同结构和品种的电路，用户可以根据自己的需求选择不同的品种。另一方面，用户买到这种集成电路后不能马上使用，要根据自己的电路设计进行编程。 2.1 FPGA 配置与连接 FPGA 以结构上而言，主要由三个部分所组成：可编程逻辑块 CLB，可编程输入输出模块 IOB，可 编程内部连接线 PIC。对于不同品种的 FPGA 器件，其直流特性参数，极限参数的值基本相同；但其交流开关，时序参数，则大相庭径。 FPGA 的工作模式是指 FPGA 作为用户设计系统使用时的逻辑配置形
4、式和外部连接模式。所谓配置，是指把特定应用设计的系统逻辑的程序化数据，按照一定的格式载入一个至多个 LCA 中，且定义内部各个但当一定逻辑功能的 CLB,IOB，以及它们的相互内连关系。无论哪种系列的 FPGA，其配置模式取决于 M0,M1,M2 位的取值。 FPGA 应用设计的要点在于实现应用系统的逻辑设计，通过 FPGA 开发系统 XACT，转换成一定格式的 FPGA 芯片配置数据，并基于一定的配置工作模式，将数据配置于芯片的 SRAM 点阵，从而使芯片具有一定逻辑功能的单片系统。 目前， FPGA 的主要发展动向是：随着大规模现场可编程逻辑器件的发展，系统设计进 入 “片上可编程系统 “
5、（ SOPC）的新纪元；芯片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进；国际 各大公司都在积极扩充其 IP 库，以优化的资源更好的满足用户的需求，扩大市场；特别是 引人注目的所谓 FPGA 动态可重构技术的开拓，将推动数字系统设计观念的巨大转变。 FPGA 的应用范围非常广泛，例如 FPGA 在 多进制正交扩频通信系统中的应用；基于 FPGA 技术的新型高速图像采集；基于 FPGA 的嵌入式系统设计。 2.2 数字通道控制芯片 CD4051 是单 8 通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端 A、 B、 C 和 INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为 4.5 20V 的数字信号可控
6、制峰值至 20V 的模拟信号。例如，若 VDD +5V， VSS 0， VEE -13.5V，则 0 5V 的数字信号可控制 -13.5 4.5V 的模拟信号。这些开关电路在整个 VDD-VSS 和 VDD-VEE 电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号 的逻辑状态无关。当 INH 输入端“ 1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通 8 通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 2.3 采用运算放大器 NE5532 的信号 NE5532 是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如 1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件
7、特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电话通道放大器。 3 可编程信号放大系统设计方案 方案 1：由运算放大器构成的基本电压放大器，其增益由反馈电阻与输入电阻之间的比例确定（如图 2-1）。基于这个原理，可通过程控选择多路开关的通路，改变基本运算放大器放大电路中的反馈电阻大小来改变增益。最为直观的解决方案是由输入选择控制的模拟开关，选择多路不同阻值的电阻，使其相应电阻接入反馈回路中，以达到反馈电阻的变化。通常，单片机或可编辑逻辑器件用以控制模拟开关的选择，从而达到程控放大的目的。 该方案明显的缺点是增益的变化时非连续的，若要使各级增益更为细化无疑要有庞大的电阻数量和较多的模拟开关。而模
8、拟开关的导通电阻将会使放大器增益的精度降低，当反馈电阻较小时该影响更为强烈。 方案 2：采用一片 DAC0832 作为数控模块， D/A 转换器的基准电压由运算放大器 LF351 提供。采用 DAC0832 系列 D/A 变换器和 LF351 集成运算放大器构成的程控增益放大器电路。 该方案虽然简化了电路的实现，提高了放大器的精度，但对于增益精度较高的应用仍不合适。 方案 3：利用模拟开关 CD4051的原理，在外部衔接上电阻网络，结合放大器 OP07，实现了电路简单、噪声低、增益范围可调的特点（如图 2-3所示）。采用这种方法的程控放大器，增益的大小取决于模拟开关与电阻网络之间连接的电阻值。
9、 该方案简单易行，实现效果好。 4结论 目前，在许 多信号采集应用中，由于信号源的多样性，经常需要采集系统的前向通道具有可变的放大倍数，使之能够对测量信号进行满量程放大，以保证测量的精度。系统采集的前向通道一般采用模拟开关外接电阻来实现可编程的增益设置。采用模拟开关和外接电阻的可编程放大器对外接电阻的精度要求较高，且需要复杂的接口电路，给设计应用带来许多不便。利用 D/A转换器的权电阻网络的工作原理，可以实现增益可编程的信号放大器。 程控放大器是指可以通过程序或指令控制而改变其增益等性能的放大器 ,FPGA在现代测控系统中是经常会用到的，随着各种新型元器件的不 断发展， FPGA的实现并不太难
10、，但由于 FPGA必须具有可以实现自动调节增益的功能，因而其精度总会因使用一些调节元器件而受到影响，在精密测量场合对 FPGA的精度要求比较高，实现较精密的 FPGA是众望所归。 参考文献 ： 1 朱明程 .FPGA 原理及其应用设计 M.电子工业出版， 1994,1. 2 Sergio Franco.Design with Operational Amplifiers and Analog lntegrated CircuitsM.西安交通大学出版社， 2004,1. 3 程晓玲，雷淑英 .采用 DA 转换器实现可编程放大器的设计 J.天津科技大学学报， 2005,20（ 2）：61 69.
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