摘要：本文介绍了低噪声零中频放大器的设计和实现。通过选择合适的集成操作放大器芯片，完成低噪声、高增益、具有滤波效果的零中频放大器的设计。阐述了输送芯片的选择基础、电路的工作原理和使用Cadence制板软件完成了电路板的设计。实际试验结果表明，该电路工作稳定，噪声、增益、滤波特性等都很好。

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近年来，随着技术的进步和生产工艺的提高，零中频技术在通信领域得到了广泛的应用，在其他领域的应用也逐渐扩大。作为高增益的放大器，噪声的抑制设计特别重要，否则噪声经过放大后，再加上电路的本底噪声，信噪比将很差，同时也要避免运算放大器的自激，破坏自激条件。本文介绍的零中频放大器是150 kHz放大内微弱的微伏级信号，放大倍数为2 800倍，接近70 dB;添加滤波电路，有效抑制谐波；选择合适的芯片和电路结果，使整个系统噪音很小。

1 电路设计

1.1 系统总体设计方案

在系统设计中，首先要考虑增益的分配，这直接关系到整个系统的最终性能，芯片性能的选择和芯片使用的数量。类型(1)级联电路噪声系数公式:

式中，Fi为第一级电路的噪声系数，Gi为I级电路的额定功率增益。可以看出，各级内部噪声的影响是不同的。级数越高，对总噪声系数的影响就越大。因此，为了使整个零中频放大器的总噪声系数较小，一、二级操作放大器应满足噪声系数较小、增益较高的要求。在本设计中，一、二级分别用作低噪声放大器和低通滤波器。

为了提高电路的抗干扰能力，使用差分线传输有两个主要优点：1）远程信号传输；2）外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。在二级信号输出端将其处理成差分信号有两种方法，一种是通过一级同相放大信号，另一种是直接使用单端转差的芯片。在本设计中，选择后者是为了方便和可靠性。

最后，用两个操作放大器放大差分信号，增强其输出电流驱动能力。图1显示了整个零中频放大器电路的系统框图，并显示了各级的电压放大倍数。

1.2 芯片选择及相应的电路设计

芯片的选择主要取决于所需的性能指标，但通常有更多的芯片满足要求。进一步选择应考虑供电要求，便于统一供电。同时，系统前级操作放大器的压力摆放率应小于后级。.价格因素不容忽视。

鉴于前两级低噪高增益要求，选择了TI公司的OPA1612芯片，该芯片的电源供电范围很广，从±2.25 V到±18 V，压摆率为27V/μs，开环增益可达130 dB。噪声性能优异，为1.1n V/

。在100 Hz～150 kHz等效输入噪声为1.1×

≈425.886nV，20 dB在放大的基础上，信噪比会很好。图2是设计的前两级电路原理图，采用多路反馈(MFB)该结构主要用于高增益滤波器。该结构最大的优点是设计灵活，便于制板时调试。一级和二级放大倍数分别为：

图中R1的作用主要是为前电路提供直流电路，C1.隔直电容。另外，电阻的选择要合理，电路的热量要增加太多TI是什么品牌噪音过小会增加功耗。

在本文设计的零中频放大器中，采用单端转差设计方案ADA它可以在4941-1芯片中工作±5 V，在实际设计中，考虑到增益分配问题，加入电阻反馈网络，获得4倍增益，无需外部元件即可获得2倍增益。芯片的失真度也很小，达到-110 dBc(100 kHz)。图3所示为ADA工作原理图4941-1。输出电压为：

式中，VIN前级输出电压，VG输入外部电压，VREF为连接到REF由公式(2)和公式(3)可知，输出共模电压为:

即输出共模电压即连接REF引脚上的电压。在本设计中VG=0，VREF=0，R8=1.1 kΩ，R10=3.3 kΩ，输出共模电压为0，放大倍数为4倍，值得注意的是DIS为了禁止管脚，在±5 V供电的时候DIS脚上的电压不大于-4 V使芯片工作。

最后一级主要是提高驱动能力，进一步提高增益，需要选择输出电流能力大的操作放大器。选用LMH6643，该芯片集成了两个运输方式，可为前面的差分信号提供服务±5 V线性输出电流达到±75 mA，压摆率为130V/μs。图4显示了反相信号的放大电路原理图，正相信号与反相信号的工作原理一致，采用多路反馈结构，放大倍数为7倍，R19=2 kΩ，这种电阻特别重要，不合适的值会导致信号失真。

2 设计结果