[模拟电路]-100MHz内数控增益放大器(PGA)方案讨论

[CheeenNPP]

最近CNPP又开始琢磨起LCR啦（上一次是两年前做2019电赛线路负载分析的练习题），并且想在测量频率上更进一步（2MHz以上）。由于LCR是一个动态范围非常大的仪器，所以前端放大器采用可变增益的设计是跑不了的。在考察与选型过程中，CNPP发现做这样一个在100MHz以下工作，增益在1~10可调的放大器似乎并不是一件很容易的事，于是就来问问大家的意见。

先说下我的几个思路吧：

模拟开关+运放

首先，最直截了当的当然是使用高速运放和模拟开关自己搭PGA，目前CNPP采用的也正是此方法：

这个方法的优点就是比较灵活，运放可以选用高GBW的以满足增益开打时的带宽要求，而且模拟开关处于高阻节点，其内阻对放大器增益精度的影响不大。但令我比较担心的问题是这些分立器件占地比较大，也许会因为布局因素影响整体的性能。

MDAC+运放

第二种方法是使用高带宽的乘法型DAC（MDAC）与运放组成PGA，但CNPP发现MDAC有个很严重的高频馈通问题，请看下面DAC7811手册给出的图：

可见，手册宣称的10MHz模拟带宽只能在少数几个code下实现，其余大部分表示衰减量较大的code下，都有高频馈通现象，也就是在高频下无法维持应有的衰减量。所以这种乘法型DAC最多也就是在音频的场景下用用。

成品PGA

第三种方法就是氪金买成品的PGA了，但可惜这种东西为低频设计的挺少，而且贵，出货量大的大多是一些100MHz以上的通信中频用PGA以及射频PGA。而低频的PGA比如PGA113，GBW实在太低（10MHz），也是只能音频用。

不过可不可以把那些高速产品，比如PGA870这种650M的拿来给我们这个应用使用呢，我觉得也许也是可以的，如果有合适的片子，值得一试。

[CheeenNPP]

🐟提醒了我一下CD4052的性能可能不太够，可以换成新的TMUX4052。看了眼，这个性能提升确实是大滴很呐：

CD4052：

TMUX4052：

[Floyd-Fish]

1.CD405x系列模拟开关带宽太低了，现在可以用ti新出的TMUX405x系列平替掉，性能大幅提升，价格也不贵。不过对于高速信号的分布参数效应确实需要在layout时考虑，可能得用QFN或LFCSP封装的chip、0402的阻容，以及合理的高速布局布线方法才能保证放大器的高频性能。

3.其实VGA/PGA方案是完全可行的，比如AD8370、LMH6504这种VGA，在很多百M带宽的示波器前端都有应用（比如鼎阳SDS1000/2000系） 尤其是AD8370这个VGA，还可以提供衰减，同时在最高增益档位的噪声系数也还不错，可以考虑，拆机片也很便宜。 归一化频响测试显示，用双电源给AD8370供电，在200M内可以实现非常平坦的频响：

[CheeenNPP]

re：

顺带我前两天也看到了个不错的VGA，感觉是AD603的后辈

这应该算是DAC+VGA的方案吧，也许调的好了可以最大程度利用后级ADC的动态范围（类似ALC），不过校准工作量估计会很大。

[OliverKung]

讲道理可以不可以先程控衰减器然后再固定增益放大呢？虽然这种操作看起来噪声不会特别的好，但是貌似比较方便的样子 @CheeenNPP

[CheeenNPP]

@OliverKung 一定程度上是可以的，其实那种MDAC和运放接成反向比例PGA的方法，就是个衰减的

ps：MDAC和运放接成同向比例PGA的话，增益调节曲线是反比例函数，感觉非常难用的样子

[OliverKung]

反比例设置那确实有些痛苦。其实我感觉对于LCR好像对数响应比较好用？

---- 回复的原邮件 ---- | 发件人 | @.> | | 日期 | 2023年07月11日 11:37 | | 收件人 | @.> | | 抄送至 | @.>@.> | | 主题 | Re: [emoestudio/eEEExplore-2023] [模拟电路]-100MHz内数控增益放大器(PGA)方案讨论 (Issue #5) |

@OliverKung 一定程度上是可以的，其实那种MDAC和运放接成反向比例PGA的方法，就是个衰减的

ps：MDAC和运放接成同向比例PGA的话，增益调节曲线是反比例函数，感觉非常难用的样子

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[CheeenNPP]

@OliverKung 嗯，感觉和频率有关的采用指对数响应就比较方便，我上面那个4052的也是做的1-2-4-8增益

[2961420002]

使用LMH6504，加上一个DAC例如DAC8830来控制Vg，可实现150MHz带宽与80dB的动态范围，并且可以比较精密地调节增益

[2961420002]

LMH6504与DAC8830均有拆机片出售，加起来约10元