1 引言

  　  随着微电子技术的发展，宽带放大器在科研中具有重要作用。宽带运算放大器广泛应用于A／D转换器、D／A 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度，电压增值。为此，以可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603为核心，设计一种可编程宽带运算放大器。该电路增益调节范围为-6～70 dB，步进间距为6dB，AGC为60 dB，-3 dB通频带为40 Hz～15MHz。矩阵键盘设置增益值、步进，点阵液晶显示实时电压有效值，人机界面友好，操作简单方便。

2 系统总体设计方案
    　该系统主要由可控增益放大器、功率放大与峰值检波、单片机显示和控制3大模块组成。其中可变增益放大器以THS7001和AD603为核心。单片机控制THS7001实现增益粗调，并通过D／A转换控制AD603实现增益细调，从而使总增益在- 6～70 dB的宽频带范围内线性变化。前置放大器采用由宽带电压型反馈运放THS4011构成的射极跟随器，可有效提高输入电阻；后级功率放大器采用电流型反馈运放AD811，提高系统带负载能力。由二极管峰值检波电路测量峰值，并通过A／D转换、D／A转换实现自动增益控制。通过键盘手动预置增益值，LCD实时显示预置增益值并输出有效值。其系统总体设计框图如图1所示。

3 器件选型及理论分析
3．1 输入级电路运放选型
    　由于该电路噪声主要取决于第一级放大器。所以选择第一级运放成为决定噪声大小的关键。电压反馈型(VFB)运算放大器具有同相和反向输人端阻抗基本相同(均为高阻)，低噪声，更好的直流特性，增益带宽积为常数。反馈电阻的取值自由等特点：而电流反馈型(CFB)运算放大器则具有同相输入端为高阻阻，反向输入端为低阻抗，带宽不受增益影响，压摆率更快，反馈电阻的取值有限制等特点。由此看出，CFB放大器适用于那些需要压摆率快、低失真和可设置增益而不影响带宽的电路；而VFB放大器则适用于那些需要低调电压、低噪声的电路。因此选用电压反馈型运放THS4011作为前级输入。THS4011是一款高速低噪声运算放大器，其带宽为290 MHz，压摆率为310 V／μs，输入噪声为

4．2 峰值检波电路
   　 峰值检波电路由二极管电路和电压跟随器组成。其工作原理：当输入电压正半周通过时，检波管 VU2导通，对电容C1、C2充电，直到到达峰值。三极管的基极由FPGA控制，产生1Oμs的高电平使电容放电，以减少前一频率测量对后一频率测量的影响，提高幅值测量精度。其中Vu1为常导通，以补偿VU2上造成的压降。适当选择电容值，使得电容放电速度大于充电速度，这样电容两端的电压可保持在最大电压处，从而实现峰值检波。
  　  该电路能够检测宽范围信号频率，较低的被测信号频率，检波纹波较大，但通过增加小电容和大电容并联构成的电容池可滤除纹波。而后级隔离，则增加由OPA277构成的射极跟随器，如图3所示。

5 系统软件设计
5．1 程序部分设计
    　系统软件设计遵循结构化和层次化原则，由一个主程序及若干子程序构成。主程序通过调用子程序控制子程序间的时序，从而使整个程序正常运行。系统软件设计部分由单片机和FPGA组成。单片机主要完成读取键值、控制增益和显示功能。而FPGA则作为总线控制器，管理键盘、液晶和A／D转换器与单片机之间的数据交换。以Ouartus II 7．2为设计环境，用Verilog HDL硬件描述语言编程，完成各功能模块的设计，并仿真测试设计好的各个模块，再将各个模块相互连接。程序以按键中断为主线，以各项功能为分支，图4为程序流程。