对数放大器的原理与应用

号的增益，线性部分的斜率则表明了输出信号相对于输入信号的变化。成为对数斜率。它表明随着信号的增大，对数增益的变化。一旦对数放大器的斜率和截距确定后，其信号的输入和输出就可用下面的公式计算UOUT=斜率×（UIN-截距）。由公式可以看出截距的增加会导致输出电压的下降。

对数一致性误差

在消除了参考电流误差和失调分量后，对数放大器输出端呈现的实际电压值与传输特性方程所算出的理想值的差值称为对数一致性误差。它与器件的动态范围、频率特性和温度密切相关。一个成熟产品的对数放大器制造出来后其对数一致性误差也就响应的定了下来。因此，定义在一个可接受的误差范围内（比如±3dB），相应的对数放大器的动态范围也就确定。例如，AD8307的对数一致性在100Hz时为±0.3dB，500Hz为±1dB。

宽动态范围放大器

对数放大器的特点是在提供大动态范围同时能突出成本优势。在移动通信系统中，CDMA和GSM都需要调节基站的功率输出，以匹配目标手机和本地基站对通讯距离的要求。近可能的减少基站近处手机过载的可能性。同样，基站也需要调节接收信道的增益，从而加大信噪比，降低误码率。此类大量的对数放大器应用于 RSSI（接收信号的强度指示）和发射功率控制场合。在某些无线电接收通道中的中频放大器设计，也可采用对数放大器。例如单片 AD8307可完成信号接收解调功能，前端进行适当的频率比配后动态范围可达92dBm。若前端配合低噪声X-AMP(r)技术的放大器，动态范围更可高达120dBｍ，无须外部温度补偿，元件少，电路非常简洁。值得注意的是由于对数放大器的实质时完成输入输出信号的对数变换。并不强调其放大器的放大器能力，因此对数放大器的检波输出电压一般不能满足后续处理电路的门限电压要求，通常采用高带宽增益积的运放对经过对数变换后的信号做进一步的放大。对于标称的10%—90%电压上升时间是否可调的问题，应当说如果输出不带缓冲，则上升时间可通过外部电路来调节。若输出信号已经是经过缓冲以后的信号，则10% —90%电压上升时间是不可调的。如图5所示

图5 不带缓冲输出的对数放大器输出端

另外对数放大器输入输出呈对数关系，对于大信号而言无须类似AGC的外部控制电路，使得对数放大器在光光纤通信方面有着可喜的前景。例如光通信系统应用中的功率监控，包括激光控制电路、光开关、衰减器、放大器等场合，传统解决方案要求采用成本较高的带切换增益互阻放大器前端的数字信号处理电路。如采用双对数变换器ADL5310则大大简化了掺铒光纤放大器(EDFA)、可变光衰减器(VOA)和光分插复用器(OADM)的控制环路的设计，ADL5310包含两个独立的信号通道以便与光电二极管相连，允许为每个通道独立配置传递函数常数(斜率和截距)。其对数变换能力允许对差分信号进行测量以便计算增益或吸收率。

数据压缩

对数放大器输入输出呈对数关系，输入信号的动态范围可以很大，这个特点非常适用数据压缩。假设输入信号范围从1V-10V，要求在1V时的分辨率为1%，为保证精度则在10V时分辨率就是0.1%。为保证分辨率，要求使用10位数模转器。如果分辨率不变，而输入范围为10Mv-10V，至少需要16位模数转换器。现在用对数放大器，其输入动态范围为3个数量级，信号的分辨率保持1%，则模数转换器用12位足矣。因此在数据压缩方面对数放大器有着很重要的作用，经常在数据采集的前端要经过对数放大器，然后将信号送入采集卡的模拟输入端，经电平转换后送入ADC进行转化。

对数放大器应用的常见问题

带宽

在对数放大器中，系统的带宽不能用恒定输入信号而输出下降3dB的频率间隔来决定系统的带宽。因为信号经过对数放大器后，其幅度会被压缩，这样测定的值往往大大超出前端匹配网络的带宽，不能真正反映对数放大器的频率特性。所以，应当采用恒定输出，将输入下降3Db时的频率间隔作为对数放大器带宽的方法就不会出现上述的情况。

噪声干扰

有些对数放大器的输入带宽非常宽，可高达2.5GHz。宽的频率范围必然导致一些无用信号的进入放大器，随机噪声功率也与随输入带宽成正比。在复杂的电磁环境下，这种现象更常见。假设你正在使用一个宽动态范围的对数放大器，而附近的一个移动电话可能会带来-60dBm的噪声，这就会把你的动态范围削低 20dB。一种解决办法是把对数放大器的两个差动输入端接地。因为对数放大器通常都是交流耦合输入，所以可以在输入端与地之间接耦合电容。另一种有效的办法是使用滤波电路，也可以在输入端利用一个匹配网络间接来实现滤波。窄带匹配网络具有某种滤