在現(xiàn)代電子測(cè)試系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)生器是驗(yàn)證電路功能、評(píng)估器件性能的核心工具。本文面向工程師，介紹一種基于電壓控制增益放大器（VGA）和電流反饋放大器（CFA）構(gòu)建的小型化、高性能信號(hào)發(fā)生器輸出級(jí)設(shè)計(jì)方案，旨在替代傳統(tǒng)依賴?yán)^電器切換的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在降低成本的同時(shí)提升輸出連續(xù)性與可靠性。

一、信號(hào)發(fā)生器輸出級(jí)的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器通常采用分立元件或?qū)Ｓ肁SIC配合繼電器實(shí)現(xiàn)多檔增益切換，以覆蓋0.025 V至5 V的寬幅輸出范圍。該方案存在以下問題：

繼電器機(jī)械動(dòng)作帶來輸出不連續(xù)；

多級(jí)切換導(dǎo)致非線性誤差；

系統(tǒng)復(fù)雜度高，維護(hù)成本大；

高頻響應(yīng)受限，難以滿足寬帶應(yīng)用需求。

因此，亟需一種無需繼電器即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)、高帶寬、高驅(qū)動(dòng)能力的輸出級(jí)架構(gòu)。

二、核心組件選型與功能分析

1. 電壓增益放大器（VGA）：AD8338

AD8338是一款低功耗、寬動(dòng)態(tài)范圍的VGA，其關(guān)鍵特性包括：

可編程增益范圍：0 dB 至 80 dB；

支持差分輸入，兼容DAC/DDS等數(shù)字合成器件；

內(nèi)部補(bǔ)償機(jī)制優(yōu)化輸入不對(duì)稱帶來的誤差；

輸入端內(nèi)部偏置電壓為1.5 V，最大輸入電流限制為3 mA；

適用于從微伏級(jí)到伏級(jí)的連續(xù)幅度調(diào)節(jié)。

使用AD8338可直接實(shí)現(xiàn)0.5 mV至5 V的無斷點(diǎn)輸出，省去傳統(tǒng)繼電器切換步驟，顯著提高輸出平滑性和穩(wěn)定性。

2. 差分轉(zhuǎn)單端轉(zhuǎn)換器：AD8130

由于AD8338輸出為差分形式，而后級(jí)功率放大器ADA4870為單端輸入，因此需要AD8130進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。AD8130具備如下優(yōu)勢(shì)：

帶寬：270 MHz；

壓擺率：1090 V/μs；

高CMRR（共模抑制比）：DC至100 kHz范圍內(nèi)達(dá)94 dB；

固定增益G=+1，無需外部配置；

支持±10.5 V輸入共模范圍；

支持高速、低失真信號(hào)傳輸。

通過將AD8338與AD8130級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)高保真、高速的差分至單端轉(zhuǎn)換，確保后續(xù)功率放大階段信號(hào)完整性。

3. 功率放大器（CFA）：ADA4870

作為輸出級(jí)的最后一環(huán)，ADA4870是一款高壓、大電流輸出的電流反饋型運(yùn)算放大器，主要參數(shù)如下：

輸出電流：±1 A；

輸出電壓：±17 V（供電±20 V時(shí)）；

帶寬：高達(dá)23 MHz（滿負(fù)載）；

增益配置建議：G=10，以實(shí)現(xiàn)1.6 V輸入驅(qū)動(dòng)下±16 V輸出；

可驅(qū)動(dòng)50 Ω負(fù)載，輸出功率達(dá)22.4 Vpp（約39 dBm）；

支持高頻信號(hào)放大，適合任意波形發(fā)生器應(yīng)用。

ADA4870的引入使系統(tǒng)能夠輕松應(yīng)對(duì)如HF放大器測(cè)試、超聲脈沖生成等對(duì)輸出功率要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

三、整體架構(gòu)與性能指標(biāo)

圖3所示的整體輸出級(jí)結(jié)構(gòu)由以下模塊組成：

AD8338：完成主增益控制；

AD8130：執(zhí)行差分至單端轉(zhuǎn)換；

ADA4870：提供高壓高流輸出驅(qū)動(dòng)。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該架構(gòu)在50 Ω負(fù)載下可實(shí)現(xiàn)：

輸出幅度：0.5 mV ~ 22.4 Vpp；

輸出頻率帶寬：20 MHz；

輸出功率：39 dBm；

總諧波失真：優(yōu)于-74 dBc（5 MHz條件下）；

響應(yīng)時(shí)間快、無繼電器切換中斷；

結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成。

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四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與工程建議

熱管理：ADA4870在大電流工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，建議加裝散熱片或風(fēng)冷措施；

PCB布局：注意高速信號(hào)走線匹配，減少寄生電感影響；

電源設(shè)計(jì)：推薦使用低噪聲、高穩(wěn)定性的±20 V雙電源供電；

保護(hù)機(jī)制：增加輸出限流、過溫檢測(cè)以防止器件損壞；

增益鏈計(jì)算：根據(jù)所需輸出幅度合理分配各級(jí)增益；

校準(zhǔn)流程：出廠前應(yīng)進(jìn)行整體增益和相位校準(zhǔn)，確保精度。

五、總結(jié)

通過AD8338 VGA + AD8130差分接收器 + ADA4870 CFA的組合，可以構(gòu)建一個(gè)高效、緊湊、低成本且具備高性能的信號(hào)發(fā)生器輸出級(jí)。相比傳統(tǒng)繼電器切換方案，本設(shè)計(jì)具有更高的穩(wěn)定性、更長(zhǎng)的使用壽命及更好的連續(xù)調(diào)節(jié)能力，特別適合用于新一代任意波形發(fā)生器、高頻測(cè)試設(shè)備以及工業(yè)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。對(duì)于追求高集成度與高性能并重的現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，這一方案值得深入評(píng)估與推廣。