基于可變增益放大器AD604的超聲衰減補償電路

AD604是一種低噪聲、高精度、雙通道、可變增益放大器。它具有增益的分貝數和增益控制電壓成正比的特性，特別適合于超聲儀器中的時(shí)間增益補償電路的應用。文中介紹了AD604的特點(diǎn)、結構和使用方法，并介紹了一種基于該芯片的超聲衰減補償的典型應用電路。

　　AD604是Analog Devices(AD公司)的產(chǎn)品。和同類(lèi)產(chǎn)品相比，AD604具有超低噪聲、高精度、增益連續可調，且增益的分貝(dB)數和增益的控制電壓成正比的特點(diǎn)。而醫用超聲儀器的時(shí)間增益控制(TGC)電路要求其增益與控制電壓呈指數關(guān)系，也就是增益的分貝(dB)數和控制電壓成線(xiàn)性關(guān)系。因此，在這方面， AD604是一個(gè)理想的超聲TGC放大器，它能有效減小送入A/D轉換器的信號動(dòng)態(tài)范圍?！?b>　1 引腳功能

　　AD604采用24腳封裝，并有DIP、SSOP和SOIC三種封裝形式，其管腳排列如圖1所示。各引腳的功能說(shuō)明如下：

　　PAI1/PAI2：前置放大器正輸入;

　　PAO1/PAO2：前置放大器輸出;

　　FBK1/FBK2：前置放大器反饋端;

　　COM1/COM2：信號地;當其接正電源時(shí)，前置放大器通道被關(guān)閉;

　　-DSX1/-DSX2：微分衰減器信號輸入負端;

　　+DSX1/+DSX2：微分衰減器信號輸入正端;

　　VGN1/VGN2：增益控制輸入端以及電源關(guān)閉端。接地時(shí)，該衰減通道被關(guān)閉;否則隨著(zhù)正電壓的增加，增益將逐漸增加;

　　VREF：兩個(gè)通道的增益控制檔。當其電壓為+2.5V時(shí)，增益為20dB/V，而當電壓為+1.67V時(shí)，增益為30dB/V;

　　VOCM：輸出信號的共模信號控制端。用以確定這部分電路中直流信號的中值電壓;

　　OUT1/OUT2：信號輸出端;

　　VPOS/VNEG：接正/負電源;

　　GND1/GND2：接地端。

　　2 內部結構及工作原理

　　AD604是一個(gè)雙通道可變增益放大器。它的每一個(gè)通道都是由一個(gè)低噪聲前置放大器和一個(gè)可變增益放大器(XAMP)組成。同時(shí)XAMP又由一個(gè)高精度受控微分衰減器、一個(gè)增益控制單元、一個(gè)固定增益反饋放大器及一個(gè)由分立元件R3、 R4組成的VOCM共模電壓控制單元組成。其原理如圖2所示。AD604的每一個(gè)通道都可提供一個(gè)范圍為48dB的可變增益。

　　2.1前置放大器

　　AD604的每一個(gè)通道都有一個(gè)高性能的前置放大器，通過(guò)反饋回路上的一個(gè)外部電阻可將放大倍數控制在+14dB～+20dB。前置放大器的內部電路如圖3所示。其中R5、R6、R7是前置放大器的增益控制電阻。具體增益的大小可通過(guò)FBK1和PAO1之間的電阻來(lái)確定。

　　2.2微分梯形網(wǎng)絡(luò )(衰減器)

　　前置放大的輸出可作為指數放大器的微分輸入以獲得分貝線(xiàn)性的增益。這個(gè)衰減器是由一個(gè)7階的R-1.5R梯形網(wǎng)絡(luò )實(shí)現的。每一階的衰減為6.908dB，因此最后總的衰減為48.356dB。

　　2.3增益控制

　　AD604的線(xiàn)性增益控制是通過(guò)VGN端實(shí)現的。用戶(hù)可將自己需要的變化電壓輸入給VGN以獲得一個(gè)變化的增益。VGN端的輸入電阻是2MΩ。

　　為了適應不同用戶(hù)對增益的需要，AD604還提供了一個(gè)增益控制檔。通過(guò)調節VREF的輸入電壓可以調節增益的檔次：VREF電壓從2.5～1. 25V分別對應20～40dB/V的增益檔。對于20dB/V增益檔，VGN的調節范圍為0.2～1.2V;而對于40dB/V增益檔，VGN的調節范圍為0.4～2.4V。當前置放大為14dB時(shí)，可以按以下公式來(lái)計算增益數：

　　2.4固定增益放大器

　　這一級放大實(shí)際上就是由一個(gè)運算放大器組成的反饋電路。反饋放大器輸出中的一路可作為反饋輸入;另一路則作為微分器的輸入(參見(jiàn)圖2)。

　　這部分放大器總的增益為：G總=VOUT/VATTEN=[(R1+R2)/R2]gm1/gm2。其中，VOUT是輸出電壓，VATTEN是衰減器的讀出信號，(R1+R2)/R2=42，gm1/gm2=1.25。因此，總的增益為52.5(即34.4dB)。