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對數放大器選擇方法
來源:武華科技   發布時間:2012-08-26  瀏覽數:4751    【收藏本頁】

一、對數放大器介紹

        對數放大器是輸出信號幅度與輸入信號幅度呈對數函數關系的放大器件?,F代接收機系統輸入信號的動態范圍很寬,輸入信號接近于噪聲電平時,要求接收機在檢波之前有足夠高的增益,而當輸入信號很大時,高增益又會帶來嚴重失真。因此,接收機面臨如何處理輸入信號大幅度變化的問題。
        連續信號或事實上接近連續的信號(AM、單邊帶調制信號等),可以用自動增益控制(AGC)系統進行處理。頻率是重要的信號(FM信號),通??梢杂酶咴鲆嫦薹蓄l放大器進行處理。但是典型的雷達和電子對抗(ECM)接收機處理的是具有高度隨機性和時間很短的脈沖信號。在這些系統中,AGC環路的使用受到了限制,而限幅放大器又消除了重要的脈沖高度信息,解決此問題的辦法是使用對數放大器。在雷達應用中對數放大器另外一個優點,是對數放大器能夠從眾多目標中(包擴有用和干擾,例如雨滴等),所造成的“雜亂回波”中分離出希望的信號。70~80dB的輸入動態范圍通過對數作用將輸出動態范圍壓縮到20dB左右。雷達和ECM接收機系統設計者通常要在三種類型的對數放大器中進行選擇,即檢波對數放大器(DLVA),連續檢波對數放大器(SDLVA)、及真對數放大器(TLA)。
1、檢波對數視頻放大器(DLVA)
 檢波對數視頻放大器(DLVA)能夠處理最寬的輸入頻率范圍。在這類對數放大器中,射頻檢波在對數作用之前進行。處理的帶寬主要受檢波器性能的限制。這種電路能使DLVA提供極寬頻率范圍信號的幅度信息。所花的代價是損失了這些信號的頻率信息。DLVA通常應用在原始射頻頻率直接送入放大器而無需進行下變頻的場合。具體例子有相控陣天線或測向接收機。(附圖1)。
 DLVA又可分為直流耦合型、交流耦合型或偽直流耦合。
當電路為了響應一個連續波信號而需要直流輸出時,DLVA就采用直流耦合型。在某些情況不需要或不希望響應連續波信號,這時DLVA可采用交流耦合或偽直流耦合(直流免疫)。應指出“偽直流”指的是這樣一類電路,它們對輸入信號起直流耦合作用但又可防止漂移發生。偽直流耦合(直流免疫)對連續波信號的真正直流響應是不可能達到的,但在某一時間周期內卻可近似達到。

2、連續檢波對數放大器(SDLVA)
 與DLVA的相同點是SDLVA保留了信號的幅度信息。不同點是可在不同的端口實現中頻限幅,經過放大、限幅后輸入一個不失真的IF信號。所以,SDLVA既保留了信號的幅度信息,又保持了信號的頻率信息。SDLVA在雷達和ECM系統中是應用較為普遍的一種對數放大器。工作電平下限可到輸入噪聲,而高端可處理高達幾伏的輸入信號。該電路的唯一缺點是在檢波過程中失去了IF信號的相關信息。SDLVA的帶寬比DLVA的窄,通常用在信號通過下變頻器以后再送入放大器的場合。SDLVA多用于雷達導彈尋的系統,在雷達測高計、信標以及搜索、營救、跟蹤及摧毀目標等方面均有應用。
3、真對數放大器(TLA)
 真對數放大器(TLA)保存頻率但幅度取對數,因此,TLA輸出是既有幅度又有頻率分量的信號。TLA中沒有檢波級。除去對數放大作用外,TLA的輸出與輸入是一樣的。TLA是這三種對數放大器中頻率范圍最窄的。它通常用在下變頻之后,或者輸入信號原來就在低頻時。真對數放大器常用在與聲有關的用途方面。其中包括探測魚雷用的聲納,敵我識別系統、低截獲概率雷達和導航應答器中。這些用途中均需要對數處理后保留信號的頻率信息。

二、指標定義

1、輸入動態范圍Dynamic Range(dBm)
 對數精度可以滿足要求的輸入信號范圍。對數放大器的輸入動態范圍可以小至45dB,或大至80dB,一般我們把動態為45dB以下的稱之為小動態或單通道,動態45dB以上稱之大動態或雙通道。
2、輸入頻率范圍Freq. Range(GHz)
 可以滿足所需電參數的輸入信號的頻率范圍。
3、輸入駐波比VSWR
 輸入駐波比表示對數放大器輸入與系統阻抗(DLVA一般為100Ω)的匹配程度。由于阻抗失配不僅能影響對數放大器,而且能影響系統其它互連元件的性能。
4、對數斜率Log Slope(mV/dB)
 對數斜率是輸出電壓變化與輸入功率變化之比。對數斜率通常用每分貝毫伏來表示。通常把傳送曲線內各個測量點連成的“最佳擬合”直線的斜率看成是輸出斜率。通常為50mV/dB,用戶可自定義(取決于系統進行信號處理時所需量化精度的要求或輸出電壓范圍的要求)。
5、輸出電壓范圍Video out(mV)
 輸入功率范圍對應輸出電壓范圍。例如,輸入范圍為-50~+5dBm可能相當于輸出范圍為0~2V直流電壓。
 輸出電壓范圍(mV)=輸入動態范圍(dB)ⅹ對數斜率(mV/dB)
 給定其中的任何兩個,就可確定第三個。通常是規定輸入動態范圍和對數斜率,因此輸出范圍是能夠求出的。

6、對數精度Log Linearity(dB)
這個術語定義了對數曲線對“最佳擬合”直線的最大偏移。對數精度的誤差我們也稱之為線性度誤差,其體現的是對數放大器在輸入信號為同頻但不同功率下的輸出誤差情況。通常在室溫以及溫度范圍的最熱和最冷測量這個參數。(圖2)中表示了對數斜率和對數精度。圖中中間曲線是對數放大器的對數精度誤差分布曲線,從坐標的右軸可看出在70dB的動態范圍內對數精度保持±1dB內。圖中的斜線的斜率即為對數斜率,也可從坐標的左邊找出其所對應的電壓值,通常對數放大器線性度測試點為三個(最低頻率點、最高頻率點和中間頻率點)。

7、視頻輸出平坦度Flatness(dB)
        表示在指定的頻率范圍內(坐標的X軸),對數放大器視頻輸出的電壓波動,其誤差主要受放大器的增益平坦度,檢波器的平坦度的影響。平坦度的誤差主要體現的是對數放大器在同功率而不同頻率下的輸出誤差。通常我們所說的DLVA多只一致性主要是指視頻輸出的平坦度一致性。其實從嚴格意義上來講,一致性包括了同頻不同功率和同功率不同頻率的兩種情況。圖中的三個近似直線(實際上是曲線)是對視放大器在三個不同的輸入功率下視頻輸出的電壓,從坐標左軸可得到其相應的電壓,圖中,中間的三個曲線是對應這三個不同輸入功率下的平坦度誤差分布曲線,從坐標的右邊可看出其最大的誤差情況。

8、最大輸入功率Maximum CW  Input(dBm)
    對數放大器能承受而不會損壞的最大功率。
9、最小脈沖寬度Miximum Pluse(nS)
 這個測量值表示對數放大器響應短持續時間脈沖的能力。
10、切線靈敏度Tss(dBm)
 這個指標用來表示包括檢波在內的各系統的門限信號靈敏度。這種測量一般在DLVA和SDLVA的視頻輸出端進行。最初,切線靈敏度定義為使輸出基線偏離直線至它與輸出噪聲峰值相等或與它相切時所需的最小脈沖信號。切線靈敏度是檢波器性能以及檢波后噪聲系數和帶寬的函數。
11.、輸出直流偏移電壓offset (mV)
 指對數檢波放大器在加電但無信號輸入條件下放大器輸出端的視頻殘留信號。實際上輸出直流偏移電壓直接影響對數放大器的穩定時間和穩定性。只有將直流偏置始終控制在一定的范圍內才能保證對數檢波放大器在全溫范圍內和較短的時間達到穩定的狀態,而不至影響整個系統的工作靈敏度。
12、基線噪聲Base Noise(mV)
 指DLVA的自身的熱噪聲,與頻率無關,是白噪聲。與溫度和視頻帶寬有關。
13、匹配負載Road
 指對數放大器輸出級的帶負載能力,通常為50Ω或100Ω。
14、恢復時間Recovery time(nS)
 對數放大器恢復時間是指脈沖通過放大器后,增益完全恢復所需的時間。最常見的定義是在第二個脈沖測量結果達到給定精度之前兩個脈沖之間所需的時間長度。為了模擬電子干擾環境的最壞條件,第一個脈沖通常規定有高幅度,而第二個脈沖電平低得多。通常的標準是第二個脈沖有1dB誤差?;謴蜁r間也可以定義為去掉輸入信號之后,對數放大器的輸出下降到其原始值的某一小百分比以內時所需的時間。
15、上升時間Rise Time &下降時間Falling time(nS)
上升時間通常定義為,輸入脈沖電壓給定時視頻輸出脈沖前沿從其最終值的10%變至90%所需的時間。下降時間輸入脈沖電壓給定時視頻輸出脈沖后沿從其最終值的90%變至10%所需的時間。上升時間和下降時間通常是對DLVA和SDLVA測量的。

二、對數放大器特點

1、模塊化
 對數放大器包括射頻及視頻部分,分別實現了視頻和射頻的模塊化,使得生產過程和產品交付更迅速。
2、體積小,外形靈活
    由于在微波射頻部分大量了使用混合集成組裝工藝,同時在視頻印制板使用多層工藝,使得DLVA的體積更小,還可根據您的要求定制各種外形來滿足客戶使用的需要。
3、自動化測試
DLVA在生產過程中及高低溫測試中均采用自動化測試,同時可提供線性度誤差和平坦度誤差兩種誤差的圖形和數據。保證產品在生產過程更迅速、檢驗更科學、數據的保留更方便,產品的一致性更好。
4、溫補特性好
 DLVA對數放大器要滿足從-55℃~+85℃全溫下的指標就必須采用溫補。對數放大器均采用射頻補償和視頻補償結合運用的方式,在-55℃~+85℃的溫度范圍內分別對射頻的增益和視頻的直流偏置進行控制及補償,從而使DLVA做到全溫度范圍的高穩定度。
5、電流小
低功耗的大動態DLVA,其射頻部分使用FET管匹配電路放大模塊,尤其在6-18G相對于使用MMIC模塊,其電流在相同技術指標的情況下減少了1/4,使得DLVA在批量使用時功耗最小。

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