摘  要： 給出了一種1輸入6輸出頻標分配電路的設(shè)計及硬件實現(xiàn),。采用電壓串聯(lián)負反饋電路實現(xiàn)信號的放大及分配,，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+A0F倍；通過PCB布線優(yōu)化設(shè)計,，補償通道間時延差,。測試結(jié)果表明，設(shè)計的頻標分配電路可滿足1~140 MHz的頻標信號分配,。

　　關(guān)鍵詞： 頻率標準; 負反饋放大器; 分配電路

　　頻標分配電路將一路頻率輸入信號分成功率均等,、相位一致的多路輸出信號，在電子系統(tǒng)中經(jīng)常被用于擴展輸出或提供多路信號源[1],。例如在通信系統(tǒng)中,，將同源頻標、同頻測試信號,、同源定時控制脈沖信號分配至多臺終端設(shè)備,，且各設(shè)備輸入信號滿足功率相同、頻率相同和相位一致,。本文結(jié)合頻率分配的電路原理,，給出了頻標分配電路的設(shè)計及硬件實現(xiàn)方案，最后給出了性能分析及測試結(jié)果,。

1 頻標分配電路原理

　　頻標分配電路將一路輸入信號(射頻信號或音/視頻信號)功率均等地分成多路輸出信號,，具有一個輸入端和若干輸出端，可采用集成運算放大器實現(xiàn),。在放大電路的設(shè)計中,，利用負反饋穩(wěn)定放大電路的工作點，增加增益的恒定性,，同時起到減少非線性失真,、抑制噪聲、擴展頻帶等作用,。放大器加入了負反饋環(huán)節(jié)后,，雖然會犧牲一部分增益，但對放大器一系列性能指標產(chǎn)生很大的有益影響,。根據(jù)實際情況的需要,，采用電壓串聯(lián)負反饋方式的電路實現(xiàn)信號的放大及分配。

　　電壓串聯(lián)負反饋電路原理圖如圖1所示[2],?；倦娐肥且恢患蛇\放，用A表示,；反饋網(wǎng)絡(luò)是由電阻R1和R2組成的分壓器,，用F表示,。在放大電路的輸入端接入輸入信號vs，由它引起電路各節(jié)點的電位極性如圖中(+)號所示,，輸入信號vs接在運放的同相輸入端,，則VO與vs同極性，VO經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的反饋電壓VF亦同極性,，VF抵消了VI的一部分,，整個放大電路的電壓增益將降低。

　　電壓負反饋電路的特點是電路的輸出電壓趨向于維持恒定,。例如當(dāng)VI一定時,，負載RL減小而使輸出電壓VO下降，則電路的電壓將進行以下自動調(diào)整：

　　RL↓→VO↓→VF↓→VID↑

　　VO↑

　　這樣,，反饋的結(jié)果牽制了VO的下降,，從而使VO基本維持恒定。反饋深度對放大電路性能影響較大,，在深度負反饋的條件下,，放大電路的增益可近似為：

　　因此在深度負反饋的條件下，可通過調(diào)整反饋電阻R1和R2確定工程中所需要的電路增益,。

2 電路設(shè)計

　　設(shè)計目標是由1路頻標輸入信號產(chǎn)生6路相參頻率輸出,，其工作頻率范圍為10~60 MHz，輸入/輸出功率為0~13 dBm,。

　　頻標分配電路選用1輸入6輸出電壓反饋式放大集成芯片[3] MAX4136實現(xiàn)1路輸入多路輸出的功能,。MAX4136最大輸入信號帶寬為140 MHz，轉(zhuǎn)換速率為1 000 V/s,，通道匹配時間小于25 ns,。該器件應(yīng)用在頻標分配電路設(shè)計中，可以對視頻信號進行高速匹配并分配放大,。

　　MAX4136的每一個輸出端口可以驅(qū)動5個150 Ω的負載,，當(dāng)然隨著負載的增大，信號的失真度也將增加,，所以在負載設(shè)計時應(yīng)考慮到芯片的最大負荷,，使信號輸出最佳。根據(jù)反饋電路原理,，可通過調(diào)節(jié)外接電阻RF、RG的阻值調(diào)整電路增益,，這里取RF=200 Ω,，RG=200 Ω，實現(xiàn)2倍電路增益,。

　　芯片采用TTL/CMOS兼容的數(shù)字控制電平(SEL)來控制每一個輸出放大器,，當(dāng)SEL為低電平時輸出放大器導(dǎo)通,，為高電平時輸出截止，導(dǎo)通/截止的時間小于25 ns,。圖2 為MAX4136用于頻率分配的電路圖,。

3 性能分析

　　頻綜信號的多通道分配等應(yīng)用對分配器的增益穩(wěn)定性、損耗等技術(shù)指標提出了較高的要求,。

　　(1)增益穩(wěn)定性

　　放大器的增益穩(wěn)定性常通過放大倍數(shù)的相對變化率來反應(yīng),。因此dA/A的大小可以衡量增益的穩(wěn)定性，該值越小,，放大器的穩(wěn)定性越高,。由于晶體管參數(shù)ρ隨溫度變化，放大增益的穩(wěn)定性也要發(fā)生變化,。對式(1)進行微分可得：

　　即引入負反饋后,，閉環(huán)增益的穩(wěn)定性比開環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+AoF倍。

　　(2) 分配損耗

　　輸入至輸出的分配損耗L(dB)與頻標分配電路的功率分配比有關(guān)：

　　L=10log(1/N)   (5)

　　其中N為分配器路數(shù),。對于1輸入6輸出頻標分配電路,，根據(jù)計算可得分配損耗約為8 dB。

4 實現(xiàn)及測試結(jié)果

　　硬件實現(xiàn)過程中,，為了減小電源單元產(chǎn)生的電磁干擾[4],，結(jié)合應(yīng)用背景選擇鋰電池供電方案，同時電源模塊應(yīng)盡量遠離分配電路的輸入電路,。為了提高通道間相位一致性,，要求芯片MAX4136輸出端至分配電路輸出端口的布線長度要一致，在PCB設(shè)計時,，通過布線優(yōu)化來實現(xiàn),。

　　經(jīng)測試，頻標分配電路的關(guān)鍵技術(shù)指標總結(jié)如表1所示,。

　　本文通過電壓串聯(lián)負反饋電路原理分析,，給出了頻標分配電路的設(shè)計及硬件實現(xiàn)。分析了系統(tǒng)性能,，采用電壓串聯(lián)負反饋電路實現(xiàn)信號的放大及分配,，閉環(huán)增益穩(wěn)定性比開環(huán)增益穩(wěn)定性提高了1+AoF倍；對于1輸入6輸出頻標分配電路,，根據(jù)計算可得分配損耗約為8 dB,。硬件實現(xiàn)及測試結(jié)果表明，設(shè)計的頻標分配電路可很好地滿足同源頻標,、測試信號,、脈沖信號的放大及分配。

　　參考文獻

　　[1] 韓曉英.負反饋電路的應(yīng)用[J].山西電力,2011(3):41-43.

　　[2] 康華光,，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,，1999.

　　[3] 董葉梓,張鵬,毛陸虹.采用噪聲抵消技術(shù)的高增益CMOS寬帶LNA設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2013,39(5):44-47,50.

　　[4] 楊世平,葉向德.電壓并聯(lián)負反饋電路的低噪聲化條件[J].延安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,22(4):49-50.