VCA610在水声模拟信号调理机中的应用

　　1 引言

　　由于海洋环境复杂多变, 海战中来袭武器的多样化、远程化, 使得舰船水声测量系统一方面要针对微弱信号降低检测门限, 提高灵敏度, 及早发现来袭武器; 另一方面, 针对近距离目标产生的强大信号,进行有效衰减, 清晰识别来袭武器的真实身份[1]。这两方面的需求使舰船水声测量系统的信号调理机模块的战技指标要求更加严格。随着计算机和数字信号处理技术的迅猛发展, 利用单片机、PC机或DSPs来实现可编程的程控放大器, 实现信号调理机功能已日趋成熟[2]。但是, 对于只实现模拟信号调理功能的系统来说, 这势必造成产品成本提高、技术复杂化和装备、设备庞大及操作管理不便等缺点。TI公司研发的VCA610能够实现大动态范围的线性无失真可变增益控制功能。

　　2 VCA610的主要性能特点

　　2.1 VCA610的主要技术指标

　　VCA610是TI公司研发的电压控制可变增益放大器(AGC), 其最大优点就是线性可控增益范围大(-38.5dB～+38.5dB), 理论值为77dB。即能针对微弱信号实施38.5dB的放大, 及早发现来袭武器; 又能针对近距离目标产生的强大信号, 进行38.5dB的衰减, 以清晰识别来袭武器的真实身份[3]。在整个信号处理过程中, 依据输入信号的强弱, 实时调整增益/衰减倍数, 确保水声模拟信号调理机输出信号“线性、无失真、恒定”的基本要求。其主要技术参数如下:

　　1)输入电压噪声:2.2nV/

　　2)输入电流噪声:1.4pA/

　　3)噪声系数:3.5dB

　　4)增益控制范围:-38.5dB~+38.5dB

　　5)增益调节系数:-38.5dB/V

　　6)控制电压Vc范围:-2V~0V

　　7)共模输入电压:±2.5V

　　8)共模输入阻抗:1MΩ

　　9)输出阻抗:10Ω

　　10)电源供电:±5V

　　2.2 VCA610的输入输出对应关系

　　对于一个自动增益控制电路(AGC)来说, 分析它的输入与输出信号之间的对应关系, 综合考虑技战指标和实际使用环境, 来确定它的恒定输出值以及恒定输出时的输入信号动态范围, 是应用、研发它的关键所在。下面根据VCA610输入输出关系图(图1), 对两种特例进行分析, 以帮助在具体研发系统时的实际应用。

　　(1)VCA610保证输出为大信号的情形

　　根据图1, 当VCA610芯片的输出1dB抑制点为-0.375dBmW≈0.9173mW时, 对应的输出电压约为:

　　从图1中可以看出若想输出0.9578V的恒定电压, 自动增益控制的范围约为:0.02V~0.63V(峰峰值)，相应的输入信号动态范围约为:

　　只有当AGC的输入信号幅度为0.02V～0.63V(峰峰值), 即动态范围小于29.966dB时, 才能保证0.9578V的最大恒定输出信号幅度。