信號(hào)究竟有多大？

問題:

我如何處理變化幅度很大的信號(hào)？

答案:

使用對(duì)數(shù)放大器。

世界上最小的哺乳動(dòng)物當(dāng)屬Etruscan pygmy shrew，其長(zhǎng)度約為3厘米（不包括尾巴在內(nèi)），重量不到1.5克 - 是老鼠的十分之一。最大的哺乳動(dòng)物則是藍(lán)鯨，其長(zhǎng)度超過30米，重量達(dá)150余噸，是大象體重的30倍。藍(lán)鯨的身長(zhǎng)是Etruscan pygmy shrew的1000倍，重量是它的1億倍。

測(cè)量小的東西很容易，測(cè)量大的東西也不難；但是，如果必須同時(shí)測(cè)量這兩 種東西，事情就變得復(fù)雜起來。系統(tǒng)能夠處理的最小信號(hào)與最大信號(hào)的比值即為系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)范圍”，通常用分貝（dB）來表示。如果系統(tǒng)的最大電壓或電流是最 小電壓或電流的1000倍，則其動(dòng)態(tài)范圍就是60 dB；如果兩者的比值是10⁶，則其動(dòng)態(tài)范圍就是120 dB。

如果最低有效位（LSB）小于最高有效位（MSB）的1/100,000,000，那么就需要28位的數(shù)字系統(tǒng)，因此，能夠處理這種變化的數(shù)字系統(tǒng)需要具有極高的分辯率或復(fù)雜的信號(hào)處理能力。

但是，有些模擬電路可以輕松地處理極寬的動(dòng)態(tài)范圍，這就是“對(duì)數(shù)放大器”，或者更準(zhǔn)確（但不常用）地說是“對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器”。對(duì)數(shù)放大器的輸出與輸入呈對(duì)數(shù)關(guān)系，有些對(duì)數(shù)放大器能處理超過160 dB的動(dòng)態(tài)范圍。

對(duì)數(shù)放大器的架構(gòu)有很多種。有些對(duì)數(shù)放大器利用硅結(jié)的對(duì)數(shù)特性，能提供極寬的動(dòng)態(tài)范圍，但速度較低；其它一些對(duì)數(shù)放大器（連續(xù)檢波式對(duì)數(shù)放大器）則利用級(jí)聯(lián)的檢波器/放大器生成對(duì)數(shù)響應(yīng)，帶寬高達(dá)數(shù)GHz，在60 dB至90 dB的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)仍能提供精確的對(duì)數(shù)響應(yīng)。

這兩類對(duì)數(shù)放大器均可做成集成電路。鏈接的文章詳細(xì)介紹了這兩類對(duì)數(shù)放大器的不同結(jié)構(gòu)與特性。這些文章易于理解和運(yùn)用，但在基本的教科書中很少討論，因此往往會(huì)被經(jīng)驗(yàn)不足的模擬設(shè)計(jì)師所忽視。

如果系統(tǒng)必須處理極寬的模擬信號(hào)范圍，工程師們就應(yīng)當(dāng)考慮使用對(duì)數(shù)放大器。對(duì)數(shù)放大器不僅簡(jiǎn)單、價(jià)格合理，而且非常有用。

作者：James Bryant

James Bryant自1982年起擔(dān)任ADI公司的歐洲應(yīng)用經(jīng)理，直至2009年退休為止。至今仍從事撰寫和咨詢工作。他擁有英國(guó)利茲大學(xué)的物理學(xué)和哲學(xué)學(xué)位，同時(shí)還是注冊(cè)工程師(C.Eng.)、歐洲注冊(cè)工程師(EurEng.)、電機(jī)工程師協(xié)會(huì)會(huì)員(MIET)以及對(duì)外廣播新聞處(FBIS)會(huì)員。除了熱情鉆研工程學(xué)外，他還是一名無線電愛好者，他的呼叫代號(hào)是G4CLF。

2020年1月9日，來自ADI的工程師將與您一起探討各種類型的RF功率檢波器，如肖特基、對(duì)數(shù)、連續(xù)檢波對(duì)數(shù)視頻放大器(SDLVA)和均方根(rms)，并探討這些檢波器如何用于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及其一些主要應(yīng)用。

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