問題:

我如何處理變化幅度很大的信號？

答案:

使用對數放大器。

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

測量小的東西很容易，測量大的東西也不難；但是，如果必須同時測量這兩 種東西，事情就變得復雜起來。系統能夠處理的最小信號與最大信號的比值即為系統的“動態范圍”，通常用分貝（dB）來表示。如果系統的最大電壓或電流是最 小電壓或電流的1000倍，則其動態范圍就是60 dB；如果兩者的比值是10⁶，則其動態范圍就是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位的數字系統，因此，能夠處理這種變化的數字系統需要具有極高的分辯率或復雜的信號處理能力。

但是，有些模擬電路可以輕松地處理極寬的動態范圍，這就是“對數放大器”，或者更準確（但不常用）地說是“對數轉換器”。對數放大器的輸出與輸入呈對數關系，有些對數放大器能處理超過160 dB的動態范圍。

對數放大器的架構有很多種。有些對數放大器利用硅結的對數特性，能提供極寬的動態范圍，但速度較低；其它一些對數放大器（連續檢波式對數放大器）則利用級聯的檢波器/放大器生成對數響應，帶寬高達數GHz，在60 dB至90 dB的動態范圍內仍能提供精確的對數響應。

這兩類對數放大器均可做成集成電路。鏈接的文章詳細介紹了這兩類對數放大器的不同結構與特性。這些文章易于理解和運用，但在基本的教科書中很少討論，因此往往會被經驗不足的模擬設計師所忽視。

如果系統必須處理極寬的模擬信號范圍，工程師們就應當考慮使用對數放大器。對數放大器不僅簡單、價格合理，而且非常有用。

作者：James Bryant

James Bryant自1982年起擔任ADI公司的歐洲應用經理，直至2009年退休為止。至今仍從事撰寫和咨詢工作。他擁有英國利茲大學的物理學和哲學學位，同時還是注冊工程師(C.Eng.)、歐洲注冊工程師(EurEng.)、電機工程師協會會員(MIET)以及對外廣播新聞處(FBIS)會員。除了熱情鉆研工程學外，他還是一名無線電愛好者，他的呼叫代號是G4CLF。

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