兼容VCA82x系列程控放大器

描述

本设计为兼容VCA821和VCA824的压控增益放大器模块，可处理低速高速宽带信号，满足电赛信号类、测量类题目设计需要。

本工程只用于学习和分享，不得用于任何商业用途，请遵守相关开源协议！

此PCB理论上兼容VCA821和VCA824，但是未验证VCA821是否可行

芯片介绍

710 MHz小信号带宽(G=+2 V/V)
320 MHz，4 VPB带宽(G=+10 V/V)
0.1-dB增益平坦度至135 MHz
2500V/μs转换速率
大于40dB增益调整范围
高增益精度：20 dB±0.3 dB
高输出电流：±90 mA

1、VCA821
VCA821器件是一款直流耦合、宽带、线性分贝、连续可变的压控增益放大器。VCA821器件内部架构由两个输入缓冲器和一个与乘法器内核集成的输出电流反馈放大级组成，可提供不需要外部缓冲的完整可变增益放大器(VGA)系统。
最大增益由两个电阻器外部设置，最大增益应设置在6dB~32dB之间。VCA821在±5 V电源下工作，当控制电压从0V变化到+2V时，增益控制电压以dB为单位线性调整。

最大增益设置为20 dB，增益控制电压在+1 V~+2 V之间的情况下，增益偏差不超过±0.3 dB。

2、VCA824

VCA824和VCA821差不多，唯一的区别是VCA824的控制电压是从-1到1V，并且线性度非常好。

总结：VCA821的控制电压是从0到2V，比较符合个人习惯，但是是非线性的；VCA824的控制电压是从-1到1V，单片机控制时要做一些处理，但是线性度很好。

原理图设计说明

1、核心部分：VCA82x芯片及其外围电路

在正负电源处均放置10uF钽电容、10uF和100nF退耦电容，消除电源噪声影响，提高系统稳定性；

由两个SMA头输入差分信号，经过无源高通滤去直流分量，其中负输入端预留接跳帽可选择对地差分放大；

R16和R11与R10用于设置最大增益，具体公式为：最大增益=2x((R11 + R10)/R16)，可通过调节R10来调节最大增益；

芯片VREF端接地，设置输出直流偏置为0V；

输出经过无源高通滤去直流分量，后跟无源低通滤去高频干扰，使输出波形完整不失真，电阻R13用于阻抗匹配，实际选用50~100R电阻；

输出电路预留1.5V上拉电平跳帽，可选择将输出波形拉到正半轴以上，方便单片机进行完整信号采样，也可在后级增加加法器电路提供稳定电压偏置；

由一个SMA头将信号输出，预留排针可接单片机进行采样，方便调试。

2.增益控制电压部分

在正负电源处均放置10uF钽电容、10uF和100nF退耦电容，消除电源噪声影响，提高系统稳定性；

若为VCA821，增益控制电压直接接排针J1；若为VCA824，增益控制电压由OP07运算放大器得到；

R4R7和R9进行电源分压，得到1V~2V的连续可调电压，经过OP07输出电压=2*U3-U2(U3为运放3脚电压，U2为运放2脚电压)，得到-1V~1V控制电压；

电阻R6用于阻抗匹配，实际选用50~200R电阻；

电阻R8和电容C4用于消除噪声干扰，使控制电压稳定；

预留电压选择跳帽J2，可选择单片机控制/手动控放大器增益。

3.基准电压部分

在电源处放置10uF和100nF退耦电容，消除电源噪声影响，提高系统稳定性；

电压基准芯片采用REF2030，可同时输出3V和1.5V电压基准；

电阻R3用于将芯片使能脚拉高使能。

4.电源接口与电源指示灯

电源接口使用XH2.54-3P插座，电源连接稳定性好；

电源指示灯可选用红色、黄绿色等LED，电阻R1用于LED限流。

PCB设计说明

PCB设计尽量布局紧凑，电源走线适当加粗，丝印清晰明了，各种接口靠边放置方便使用，放置四个M3安装孔，方便PCB固定；

PCB使用单面铺铜，接地点通过过孔接地，保证地平面完整；

在芯片下不铺铜，避免影响芯片带宽。

实物展示

此图为最初版本v1.0，v2.0版本修改了芯片参考电压处的电路设计，设置参考电压为0V，在无源滤波后加直流偏置。

注意事项

VCA824使用过程中会轻微发热，属于正常现象，正负5V供电时 正常工作电流为50mA左右(空载)。

为避免上电瞬间电压跳变，电源引脚附近电容尽量选择耐压值大于等于16V电容，避免烧坏。