高精密步进放大器在频谱分析仪中的应用研究(上)

　　1 引言

　　随着电子技术的飞速发展，频谱分析仪的应用日益广泛。不同的测试场合对频谱分析仪有不同的要求，在卫星和微波通讯测试领域，灵敏度是主要的，而在另外的场合，压缩或失真却是关键，这就要求频谱分析仪有比较大的动态范围。为了适应不同的测试要求，准确地测量、分析所要观察的信号，就需要适当地改变频谱分析仪射频衰减器和参考电平的设置，使其处于最佳的测量状态。而频谱分析仪中的高精密步进放大器则主要用于上述两个参数变化时整机增益的调节。

　　由于 AV4032 系列微波频谱分析仪是一台由微处理器控制、三次变频的超外差式扫频测量接收机，是现代国内使用频谱分析仪型号最多、最常见的一种经济型频谱分析仪。图 1 所示为 AV4032 系列微波频谱分析仪的原理框图。由图 1 可知:输入信号经过三次变频得到 21.4MHz中频，该中频经可变带宽滤波器、高精密步进放大器、对数放大器、检波器、视频放大器及 A/D 变换器进入 CPU/ 视频板。CPU 对 A/D 转换的结果进行数字量化处理最后送至显示器进行结果显示，并对频谱分析仪各部分接口电路(模拟及数字)进行控制。

　　2 高精密步进放大器的工作原理

　　由图 1 可知：高精密步进放大器主要用于当射频衰减器和参考电平变化时频谱分析仪整机中频增益的调节，它的原理简化框图如图 2 所示。由图 2 可以看出：它是由三级放大器　　和五级衰减器共八个模块的不同组合来实现 0～16dB 的可变衰减和 5dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB 的可变增益;它们分 别 是 1dB、2dB、4dB、8dB、16dB 衰 减 器 和 10dB、20dB#1、20dB#2 放大器。当控制信号(IFG1～IFG3，IFA1～IFA5)为高电平(高电平 >2.5V;低电平 <0.8V)时(除了 10dB 放大器外)，所有的衰减器或放大器提供全衰减量或全增益;当控制信号为低电平时提供单位增益。对 10dB 放大器而言：当控制信号为高电平时有约 15dB的增益，当控制信号为低电平时有约 5dB 的增益。当控制信号电平高、低不同时，高精密步进放大器的不同模块组合就可以对 21.4MHz第三中频信号的幅度提供不同的增益或衰减量，补偿前端射频衰减器的衰减量，其结果使所要显示的信号幅度在显示器上保持不变。每一模块都可等效为固定增益的衰减器 / 放大器。各模块功能的实现方式有三种，分别如下：

　　方式 1：1dB、2dB、4dB、8dB、16dB 五种衰减器模块的工作原理完全相同。以 8dB衰减器模块为例看计算方法，其等效原理简图如图 3 所示。

当控制信号 IFA4 为低电平时不选 8dB 衰减器，即 IFA4控制的开关与地断开，由图 3 可知：该运放电路为电压跟随器，其增益用对数单位表示的计算如下：