基于MSP430F449單片機的功率放大電路設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，在較寬的信號帶寬（0～10MHz）內(nèi)，實現(xiàn)最大電壓增益≥60dB，且能夠連續(xù)調(diào)節(jié)增益或能夠以5dB步距預(yù)置增益是最大難點，也是設(shè)計的重點之一。另一難點是后級功率放大模塊在100Q負載上最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V。由于帶寬低端為0Hz即直流信號，放大電路的零點漂移也是一個很難解決的問題。此外，在整個放大器的設(shè)計中，還需要考慮其成本。

1．?dāng)?shù)據(jù)處理和控制核心選擇

方案一：采用AT89S52+FPGA來實現(xiàn)信號增益控制、數(shù)據(jù)處理和人機界面控制等功能。由于本系統(tǒng)不涉及大量的數(shù)據(jù)存儲和復(fù)雜處理，F(xiàn)PGA的資源得不到充分利用，成本較高。

方案二：采用單片機實現(xiàn)整個系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和數(shù)據(jù)處理。而單片機MSP430F449是一種16位超低功耗微處理器，具有豐富的片上外設(shè)和較強的運算能力，支持在線編程，使用十分方便，性價比高。故采用方案二。

2．信號增益控制及功率放大方案設(shè)計

方案一：采用三極管構(gòu)成多級放大電路實現(xiàn)≥60dB的增益，并使用分立元件自行搭建后級功放。本方案成本低，但晶體管配對困難，電路設(shè)計復(fù)雜，增益的步進調(diào)節(jié)難以實現(xiàn)，工作點調(diào)試繁瑣，且電路穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。

方案二：采用集成芯片，如采用低噪聲、精密控制的可變增益放大器AD603作增益控制核心器件，采用高電壓輸出的寬帶運放完成功率輸出。

AD3603溫度穩(wěn)定性高，其增益（dB）與控制電壓（V）成線性關(guān)系，使用D／A輸出控制電壓能實現(xiàn)精確數(shù)控。但成本較高。電路集成度高、設(shè)計簡潔，設(shè)計周期短。

綜上所述，采用方案二。

二、總體方案設(shè)計及系統(tǒng)方框圖

系統(tǒng)總體框圖如下圖所示。

總體方案描述：本系統(tǒng)輸入信號經(jīng)過前級放大電路、后級程控放大和末級功率放大，實現(xiàn)了90dB的最大電壓增益。后級功率放大器使用高電壓輸出的寬帶運放，提高了輸出電壓有效值。采用單片機MSP430F449作為數(shù)據(jù)處理和控制核心。通過D／A轉(zhuǎn)換器調(diào)整AD603的控制電壓，程序控制調(diào)節(jié)增益，通過繼電器切換后級程控放大電路通道，實現(xiàn)了放大器增益×1，×10，×100……的控制功能。

通過繼電器切換兩路橢圓濾波器實現(xiàn)了通頻帶選擇。手動調(diào)節(jié)連續(xù)可調(diào)電位器，連續(xù)改變AD603的控制電壓，實現(xiàn)了增益連續(xù)調(diào)節(jié)功能。

零點漂移問題。放大器零漂、失調(diào)主要由AD603輸入端產(chǎn)生，每當(dāng)調(diào)節(jié)AD603不同的增益時，輸出的直流偏離電壓也不同。本系統(tǒng)在每次測試前先將AD603輸入短路，用MSP430F449內(nèi)部ADC對調(diào)零放大器輸出電壓采樣，利用單片機和數(shù)字算法控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出對應(yīng)的調(diào)節(jié)電壓，控制調(diào)零放大器輸出為零。這樣既抑制了直流零點漂移，又實現(xiàn)了自動調(diào)零校準(zhǔn)功能。

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