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如何處理高頻信號發生器輸出功率不夠大的問題？
閱讀：1017 發布時間：2022-7-22
高頻信號發生器用于形成確定性電信號，其特性隨時間推移而變化。假如這些信號表現為簡單的周期性波形，如正弦波、方波或三角波，那么這一種信號發生器就稱為函數發生器。它們通常用于檢查電路或PCBA的功能。
將確定性信號加到被測電路的輸入端，將輸出端連接至相應的測量設備(比如說示波器)，使用者就可以對其進行評估,在過去，挑戰通常包括如何設計信號發生器的輸出級。本篇文章將介紹如何利用電壓增益放大器(VGA)和電流反饋放大器(CFA)設計小型經濟的輸出級。
常見的高頻信號發生器可提供25mV至5V輸出電壓。為了驅動50Ω或更大的負載，一般會在輸出端使用大功率分立器件、很多個并行器件，或者成本高昂的ASIC。其內部通常具有繼電器，可以使設備在不同的放大或衰減水平之間進行切換，從而調節輸出電平。可根據需要，在對繼電器開關而實現各種增益時，在一定程度上會導致工作不連續。
使用新款放大器IC作為輸出級功放，可以在沒有任何內部繼電器的情況下直接驅動負載，因此可簡化信號發生器的輸出級設計，并降低復雜度和成本。這一種輸出的兩個主要器件構成一個大功率輸出級，可提供高速、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。
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,比如說，針對增益為10、輸出幅度VOUT為2V的情況，VGA的輸出幅度必須調整至0.2V,可惜的是，許多VGA都會因為增益范圍有限而形成瓶頸——增益范圍大于45dB的情況很少。
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，特大1.5V輸入信號在500Ω輸入電阻時會形成3mA電流。在更高輸入幅度(比如說15V)的情況下，可能需要在輸入引腳串聯一個更大的電阻——其阻值要確保所形成的電流同樣為3mA大小。
很多的商用信號發生器在50Ω(正弦波)負載下提供特大250mW(24dBm)的有效輸出功率。有時候，這對于具有較大輸出功率的應用通常不夠用，比如說測試HF放大器或生成超聲波脈沖之所需。
因而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，因而成為了通用任意波形函數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，因而所需的輸入幅度為1.6V。
有時候，由于ADA4870具有地參考輸入，而上游的AD8338具有差分輸出，因而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的輸出限制在±1V，因而AD8130的中間增益應設計為1.6V/V。
可以通過大功率的VGA(AD8338)、大功率的CFA(ADA4870)和差分接收器放大器(AD8130)的組合，就可以相對輕松地設計出小尺寸大功率的信號發生器輸出級。它具有更高的系統可靠性、更長的服務壽命和更低的成本，因而比傳統輸出級更優。