双VCA821压控增益(自动增益)放大器

一、产品概述

此宽带电压控制增益放大器模块采用TI公司的VCA821芯片，具有710 MHz小信号带宽（G=2 V/V）和2500 V/μs高压摆率，增益范围>40 dB（线性dB控制）。模块搭载两片VCA821，并在后级设计了OPA695高速运放作为二级放大器，两个信号通路可独立使用，也可组合使用：支持双通道单端信号输入-输出或单通道一对正交信号输入-输出。模块通过跳线帽选择外部输入控制电压或板载精密多圈电位器精细调节增益控制电压（VG）。模块模拟输入输出均采用SMA接口，且增益模式配置选项通过元件选择焊接实现，避免连接器串接在信号环路中造成的信号不稳定，此外，模块还预留了输入负载电阻、隔直电容和反馈电阻位置，用户可自定义配置。模块工作电压为±5 V（范围±3.5 V至±6 V），板载防反接保护电路。模块包括外部控制电压接口、VCA821、纯电阻衰减网络、外置基准源、电源管理等。

二、产品参数

1.供电电压：双电源±2.7V至±5V宽电压范围（推荐±5 V）

2.增益范围​​：>40 dB（VG=0 V至+2 V线性控制）

3.模块增益模式：自动增益控制（AGC，默认）或电压控制增益（VCA）

4.输入信号频率范围：10Hz至320MHz以上（G=20dB, Vo = 4VPP，含10uf隔直电容）

5.输入信号电压范围：差分或单端，10mV至接近供电电源电压（任一信号通路）

6.外部增益控制电压信号输入范围：0V-2V

7.信号输入阻抗：默认50Ω，可自行修改输入负载电阻至高阻（不焊接输入电阻）

8.输出信号电压范围：0V或接近供电电源电压（可能有百mV左右压降）

9.更多参数可于VCA821的datasheet查看。

10.PCB尺寸：63mm*63mm

11.双层板，顶层放置元件

12.全立创EDA设计，元件优先选择立创商城现有库存，支持嘉立创SMT。

三、使用说明

1.本项目为纯硬件项目，无需代码。

2.本模块的信号调理形式支持单端模式（双通道单端信号输入-输出）和差分模式（单通道一对正交信号输入-输出）。

当模块工作在单端模式下：

此时模块具有两个独立的单端信号通路，输入输出对应PCB丝印为：RF1（单端输入通道1，SIGNAL 1_IN），对应输出端RF2（单端输出通道1，SIGNAL 1_OUT）；RF3（单端输入通道2，SIGNAL 2_IN），对应输出端RF4（单端输出通道2，SIGNAL 2_OUT）。

当模块工作在差分模式下：

此时模块具有一个独立的差分信号通路，输入输出对应PCB丝印为：RF1（差分信号正极性输入，SIGNAL 1_IN），对应输出端RF2（差分信号正极性输出，SIGNAL 1_OUT）；RF3（差分信号负极性输入，SIGNAL 2_IN），对应输出端RF4（差分信号负极性输出，SIGNAL 2_OUT）。

3.输入接口预留了隔直电容位置C1与C3，默认焊接10uF电容，如需适配更低频应用场景需要进行修改。

4.可配置输入负载电阻（输入电阻）R4、R17，默认50Ω左右低阻（负载电阻焊接49.9Ω），此外如果将输入负载电阻缺省焊接（直接输入芯片），则输入负载为高阻。输出负载电阻R7、R19也可根据实际情况选择焊接。

5.模块的增益模式有两种，默认的AGC（自动增益控制）和VCA（电压控制增益）。

增益模式配置为AGC（自动增益控制）时：

模块按照原理图所示元件进行焊接。该模式下模块会自动比较输出信号幅值与VG（增益控制电压），反馈调节环路增益固定输出信号幅值，输入信号的幅值波动将不会影响输出信号幅值，即闭环增益控制。用户可以根据需求，通过调节反馈环路中的环路时间常数设定电容与环路时间常数设定电阻来调整电路的闭环电压反馈调节速度；

增益模式配置为VCA（电压控制增益）时：

需要将D3、D4缺省焊接，C②、C④更换为0Ω电阻。该模式下模块通过VG（增益控制电压）直接调整增益倍数，不再通过反馈固定输出信号电压幅值，即开环增益控制。

6.模块通过跳线帽选择VG（增益控制电压）来源。

当短路子短路V_EX时，VG为VOLTAGE_REFERENCE端子输入的外部参考电压，且输入范围需要限制在0-2V内；

当短路子短路V_R时，电源电压通过固定电阻与板载精密多圈电位器分压得VG，用户可通过电位器精细调节VG大小。

7.输入滤波电容可以视信号实际情况选择合适容值焊接。

8.模块接口说明如下图：

四、备注

1.模块的输入信号最大电压请勿超过供电电源电压，并且供电时电源电压请勿超过模块的电源电压输入范围，防止比较器因过压损坏。

2.为避免电源反接导致的模块损坏，模块在设计时包含了基础的防反接保护，即在输入端串联肖特基二极管，所以会导致模块在输入电压处产生较小的额外压降，使得输出电压（轨对轨）的最大调整值相对电源电压略微偏低一些。

3.由于器件压摆率限制，输出大幅值信号时，波形会随着频率发生一定失真，建议在对波形失真度要求较高的场景通过示波器等仪器验证后再应用本方案。

4.在高频信号调理时，需要考虑传播延时，并且考虑阻抗匹配，由于模块采用双层板设计，未做等长、阻抗管控等特殊设计，建议打样验证后视实际情况再选择应用本方案。

5.元器件成本：芯片成本大约70左右（均T B购入，可能会有坑，新手建议J L C购入），总成本在120左右。

五、测试视频

视频展示了默认配置（自动增益放大模式）下

通过调节输入电压幅值与频率，观察模块输出信号的波形与电压幅值稳定

验证自动增益调节的功能完备性

六、更新日志

V1.0 首次上传