一種可編程寬帶放大器的設計

5 系統軟件設計
5．1 程序部分設計
系統軟件設計遵循結構化和層次化原則，由一個(gè)主程序及若干子程序構成。主程序通過(guò)調用子程序控制子程序間的時(shí)序，從而使整個(gè)程序正常運行。系統軟件設計部分由單片機和FPGA組成。單片機主要完成讀取鍵值、控制增益和顯示功能。而FPGA則作為總線(xiàn)控制器，管理鍵盤(pán)、液晶和A／D轉換器與單片機之間的數據交換。以Ouartus II 7．2為設計環(huán)境，用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言編程，完成各功能模塊的設計，并仿真測試設計好的各個(gè)模塊，再將各個(gè)模塊相互連接。程序以按鍵中斷為主線(xiàn)，以各項功能為分支，圖4為程序流程。

5．2 FPGA部分設計
FPGA主要完成A／D、D／A轉換器的串并轉換。采用12位D／A轉換器TLV5618，該器件是串行接口，大大節約系統端口資源，但MCU的P0、 P2端口是并行口，與串行器件的時(shí)序匹配較復雜，用靜態(tài)口P1端口模擬串行口時(shí)序又會(huì )占用MCU很多處理時(shí)間，影響系統效率。
為使MCU對串行器件操作簡(jiǎn)單，把串行時(shí)序在FPGA中用狀態(tài)機描述，同時(shí)該控制狀態(tài)機又對MCU提供P0口、CS、WR的微機標準時(shí)序接口形式，這樣MCU只需選中相應地址，就可寫(xiě)入所要得到的電壓數據，狀態(tài)機會(huì )完成串并轉換。
以串行接口時(shí)序將數據寫(xiě)入器件并鎖存，與寫(xiě)IO端口操作一樣簡(jiǎn)單方便，而D／A轉換器模塊的輸出端既可得到相應輸出電壓，又達到控制增益的目的。
AGC部分采用循環(huán)結構，將A／D轉換采樣得到的數據與預設值循環(huán)相比較，再通過(guò)D／A轉換控制增益倍數，從而實(shí)現自動(dòng)增益控制。

6 測試方案及測試數據
該系統使用專(zhuān)門(mén)的測試儀器，包括單片機仿真器、雙蹤示波器、PC機、多功能函數信號發(fā)生器和交流電壓表等。調節輸入信號的幅值和頻率，結合示波器，測試寬帶放大器的增益范圍以及通頻帶。測試結果表明，寬帶放大器總增益調節范圍為-6～70 dB。-3 dB通頻帶為40 Hz～15 MHz。將輸入信號頻率同定，改變輸入電壓幅值。記錄輸入電壓和輸出電壓的最大值和最小值。結果表明，AGC動(dòng)態(tài)范圍大于60 dB。將輸入端短接，設置不同的電壓放大倍數，測量輸出電壓。結果表明，輸出電壓噪聲小于300 mV。

7 結束語(yǔ)
寬帶放大器以可編程增益放大器THS7001和可變增益放大器AD603為核心，利用數字技術(shù)實(shí)現增益的步進(jìn)和預置?？傇鲆娣秶鸀?6～70 dB，通頻帶為40．Hz～15 MHz，AGC動(dòng)態(tài)范圍達到60 dB。前置放大器采用低噪聲電壓反饋型運放THS4011，大大提高輸人電阻。后級功率放大采用電流型反饋運放AD811，有效提高系統的帶負載能力。系統采用多種抗干擾措施，并結合軟件修正，實(shí)現較高的精度，具有良好的噪聲，線(xiàn)性性能以及較低的功耗。系統界面友好，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)測試已投入應用。