1、 1 本科毕业设计 (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 器设计 摘要： 随着信息技术飞快发展，信号放大器在电子领域中的应用不断增多，作用越来越重要。其中信号放大器能把输入讯号的电压或功率放大，其主要用于检测 信噪比 很低的微弱信号，它是由 电子管 或 晶体管 、电源 变压器 和其他 电器 元件组成。在 通讯 、 广播 、 雷达 、 电视 、 自动控制 等各种领域中应用相当广泛。虽然我国在放大器方面发展十分迅速，但与一些发达国家相比还有较大的差距。而程控信号放大器的设计，能够针对输出信号的要求，方便的选择与控制增益 的大小，提高应用效果。 关键词： 可编程逻
2、辑；信号放大器； FPGA；程控放大器 1.引言 随着微电子技术的发展，宽带放大器在科研中具有重要作用。宽带运算放大器广泛应用于 A/D 转换器、 D/A 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度电压增值 1。 因此，我们可以设计一种可编程放大器。其优点是矩阵键盘设置增益值、步进，点阵液晶可以显示当时有效电压值，操作起来简单方便。 2.信号放大器 2.1放大器的定义 放大器，顾名思义，就是能把信号放大的装置。它是自动化技术工具的 重要原件。放大器通过输入信号的控制能源来实现放大作用，由能源提供放大所需的功耗。对于线性放大器，输出就是输入信号的复
3、现和增强。对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。放大器一般应用 在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中 2。 2.2放大器的分类 放大器按处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和气动放大器等，其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术（如射流元件）的推广，液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体 放大器和磁放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放2 大器常用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有单端放大和推挽放大。此外，还常用于阻抗匹配、隔离、电流 -电压转换、电荷 -电压转
4、换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系（如运算放大器） 3。 2.3放大器的几种类型 2.3.1 高频小信号放大器 图 2.3.1 高频小信号放大器 高频小信号放大器（如图 2.3.1）是放大高频小信号（中心频率在几百千赫兹到几百兆赫兹）的放大器。它是无线通信接收机的重要组成部分，它处于 接收机的最前端，其性能的好坏直接能影响整个接收机的质量。对高频小信号放大器提出如下的要求： 1)功率增益 GPS要足够。 2)有一定的通频带 BW，只允许所需的频带通过。 3)选择性要好。 4)放大器所产生的噪声要小。 5)工作要稳定。它广泛地应用于广播、电视、通信、雷达等的接收机中
5、 4。 2.3.2 运算放大器 运算放大器（如图 2.3.2）是一个具有差动输入和高放大倍数的直流放大器。它属于线性系统，可运用叠加定理进行分析。理想运算放大器具有以 下性能：开环电压放大倍数 Ao 趋于无穷大；输入阻抗 Zi 无穷大；输出阻抗 Zo 等于零；全频带内幅频特性平坦，即 0,ff LH ；输入信号为零时，输出等于零。运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作 精密的交流和 直流放大器 、有源滤波器、振荡器及 电压比较器 5。 3 图 2.3.2 运算放大器 2.3.3 高频功率放大器 图 2.3.3 高频功率放大器 高频功率放大器（如图 2.3.3）用来放大高频振荡的
6、频率，它在外加高频谐振电压的激励下，将电源供给的直流能量转换成高频交流能量，将振荡器产生的高 频功率经过多级高频功率放大器的放大，形成足够的高频功率，通过天线转换成无线电波辐射出去。其按工作频带分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器。它主要用于各种无线电发射机中 6。 3.可编程逻辑器件及 FPGA 3.1 可编程逻辑器件 可 编程逻辑器件 的 英文全称为： programmable logic device 即 PLD。 PLD 是做为一种通用集成电路产生的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。一般的 PLD 的集成度很高，4 足以满足设计一般的 数字系统 的需要 7。 3.1.1 可
7、编程逻辑器件的两种类型 可编程逻辑器件的两种主要类型是现场可编程门阵列（ FPGA）和复杂可编程逻辑器件（ CPLD）。在这两类可编程逻辑器件中， FPGA 提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。 而 CPLD 提供了非常好的可预测性，因此对于关键的控制应用非常理想。 3.1.2 可编程逻辑器件的 特点 PLD 在设计过程中为客户提供了更大的灵活性，因为对于 PLD 来说，设计反复只需要简单地改变编程文件就可以了，而且设计改变的结 果可立即在工作器件中看到。 1.PLD 不需要漫长的前置时间来制造原型或正式产品 - PLD 器件已经放在分销商的货架上并可随时付运。 2.PLD 允许客
8、户在需要时仅订购所需要的数量，从而使客户可控制库存。 3.PLD 甚至在设备付运到客户那儿以后还可以重新编程 8。 3.2 FPGA FPGA ( FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY 现场可编程门阵列 )是新型的可编程逻辑器件 , 内部含有大量的门阵列 , 响应时间短 , 可以精确地控制时钟的输出。 FPGA 的 处理速度很快 , 完全适合采集速度比较高的场合。更重要的是 FPGA 采用系统可编程技术 , 即使整个数据采集系统已经投入生产 , 也可以根据实际情况改变系统的配置和功能 , 下载到 FPGA 芯片中即可完成功能的修改 9。 3.3 FPGA 的应用 FPGA
9、 应用在通信、消费类电子、汽车、存储器、工业、航空、国防等方面。是 PLD（可编程逻辑器件）类器件的进届产品，属于可编程硬件电路集成。应用领域不断拓展，但是它要和 MCU 才能组成智能控制系统 10。 4.信号放大器的发展趋势 未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一 ,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压 /电流的放大器增长 ;其二 ,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器 ;其三 ,由于性能和价格压力持续上扬 ,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力 ;DSL 和消费类视频应用是最大的市场 ,而且未来将
10、继续此趋势。其中 ,DSL 运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及 DC 恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。从应用的5 角度讲 ,不同的系统对运放有不同要求 ,选择合适的运放对于系统设计至关重要。 对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用 ,交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统 ,直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等 ;而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等 11。 随着影音及通信工业的迅速发展 , 市场对电子产品的要求愈来愈高。因此 , 放大器的厂家纷纷以高功率及阔频宽
11、为生产方向 , 以配合市场的发展 12。 5.总结 随着电子技术的迅速发展，放大器在各领域中变得越来越重要。尤其是在医学方面，现在可以通过放大 器对一些非常微小细胞的检查以及治疗，发挥着重要的作用。随着科技的不断发展，用 FPGA 来实现对数字量的程控，具有集成度高、电路简单、使用方便、响应快等优点。随着电子工业的发展，对放大器的性能要求越来越高，功能也越来越复杂。虽然近几年放大器的发展非常快，但与一些发达国家仍有一定的差距，因此电子工程和科技人员仍需继续努力，不断进步。 参考文献： 1赵碧杉，曾攀，谢桂辉 .一种可编程宽带放大器的设计 .电子设计工程， 2009， 7. 2百度百科 .放大器
12、 EB/OL.2011-4-12. 3杨保平 .放大器 的分类及应用 A.中国有限电视， 2003-2. 4任青莲 .高频小信号放大器的设计与仿真 B.太原科技大学电子信息工程学院， 2009,12. 5刘征宇 .电子设计实战攻略 M.福建科学技术出版社 ,2006,2. 6邬国阳，顾涵铮，周雪娇 .高频电路原理 .浙江大学出版社， 2006， 5. 7张立材，王民 编著 .数字信号处理 . 北京：人民邮电出版社， 2008.4 8赵艳华，曹丙霞，张睿 .基于 Quartus II 的 FPGA/CPLD 设计与应用 . 北京：电子工业出版社， 2009.9 9付中元 ，刘德志，田智礼 .基于 FPGA 可编程的自适应信号采集系统设计 . 北京：电子工业出版社， 2007.6 10AnMog Devices Ine， Sine Supply Rail to Rail Low Cost Instrumentation Amplifier，Data Sheet， (1997). 11Sergio Franco.Design with Operational Amplifiers and Analog lntegrated 6 CircuitsM.西安交通大学出版社， 2004,1. 12温蕴蕴 .放大器市场与应用发展趋势 .电子产品世界， 2008.8.
