VGA芯片AD8367原理及應(yīng)用 - 全文

????????1　主要特點

　　AD8367是AD公司推出的一款可變增益單端IF放大器，它使用AD公司先進的X-AMP結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的增益控制特性。由于在片上集成了律方根檢波器，因此，它也是全球首枚可以實現(xiàn)單片閉環(huán)AGC的VGA的芯片。該芯片帶有可控制線性增益的高性能45dB可變增益放大器，并可以在任意低頻到500MHz的頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

　　AD8367具有以下主要特點：

　　●單端輸入、單端輸出;

　　●輸入阻抗為200Ω、輸出阻抗為50Ω;

　　●3dB帶寬為500MHz;

　　●輸入端為零電平時，輸出端電平為電源電壓的一半，且可調(diào);

　　●具有增益控制特性選擇和功耗關(guān)斷控制功能;

　　●片上集成了律方根檢波器，可以實現(xiàn)單片AGC應(yīng)用;

　　●增益控制特性以dB成線性;

　　●可以通過外部電容將工作頻率擴展到任意低頻。

　　2　工作原理

　　AD8367的功能框圖如圖1所示，該芯片主要由可變衰減器、固定增益放大器和律方根檢波器組成。它的輸入級是總衰減量為45dB的可變衰減器，其中包含一個200Ω單端梯形電阻網(wǎng)絡(luò)和一個高斯內(nèi)插器。該電阻網(wǎng)絡(luò)由每級衰減量為5dB的9級衰減網(wǎng)絡(luò)組成，并可由高斯內(nèi)插器選擇衰減因子，每級梯形網(wǎng)絡(luò)以固定的分貝數(shù)衰減輸入信號。當衰減量不是5dB的整數(shù)倍時，在控制電壓的作用下，相鄰兩個衰減節(jié)點均會導通，通過離散節(jié)點衰減的加權(quán)平均值來獲得與控制電壓相對應(yīng)的衰減量，并以這種方式獲得平滑、單調(diào)的衰減特性。它在大于40dB的增益控制范圍內(nèi)，工作頻率為200MHz時，可提供優(yōu)于±0.5dB的線性誤差，而在400MHz時可提供優(yōu)于±1dB的線性誤差。

　　緊跟衰減器的是固定增益放大器，該放大器主要用于保證AD8367具有42.5dB的增益和500MHz的帶寬，它實際上是一個具有100 GHz增益帶寬積的運算放大器，因此,當其工作在高頻時，仍具有良好的線性度。

　　AD8367在輸出端集成了一個律方根檢波器，可檢測輸出信號電平并與內(nèi)部設(shè)置的354mVrms電平(對應(yīng)于1Vp-p的正弦波)相比較。當輸出電平超過內(nèi)部設(shè)置電平時,將產(chǎn)生一個差值電流。用接在DETO腳和地之間的外部電容CAGC(包括5pF的內(nèi)建電容)對該電流進行積分可產(chǎn)生與接收信號強度成比例的RSSI電壓，這樣，在AGC應(yīng)用時，該電壓可以用作AGC控制電壓。

　　AD8367最適合工作在200Ω阻抗系統(tǒng)，并可通過電阻或電抗無源網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)與其它通用阻抗系統(tǒng)(從射頻系統(tǒng)的50Ω到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的1kΩ)的轉(zhuǎn)換。一般情況下，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計選擇取決于特殊的系統(tǒng)要求，如帶寬、回損、噪聲系數(shù)和絕對增益范圍等。

　　AD8367內(nèi)含無源可變衰減器和固定增益放大器，其電路噪聲和失真性能均是增益和控制電壓的函數(shù)，且輸入折合噪聲隨衰減量成比例增加。電路在最大增益時具有最小為7.5 dB的噪聲系數(shù)，增益每降低1dB，噪聲系數(shù)增加1dB。在接收系統(tǒng)中，如果接收到的信號很弱，則會有最大增益和最小噪聲系數(shù);而當接收到的信號電平較高時，系統(tǒng)將具有較低的增益和較大的噪聲系數(shù)。因此，電路噪聲系數(shù)隨增益的變化不會對系統(tǒng)造成明顯的影響。電路的失真性能與噪聲性能相類似。當AD8367工作在200Ω源阻抗系統(tǒng)時，它的輸出級是一個低輸出阻抗電壓緩沖器，此時具有50Ω阻尼電阻，可以降低對負載電抗和寄生參數(shù)的敏感性。

　　3　典型應(yīng)用

　　3.1 通用VGA放大器

　　AD8367是一款通用型VGA放大器，適合于大控制范圍的壓控增益應(yīng)用。由于其具有從任意低頻到500 MHz的工作帶寬，它不但可以處理高達500MHz的高頻信號，而且可以通過頻率擴展來適應(yīng)音頻系統(tǒng)。圖2所示是AD8367在VGA工作時的基本連接電路。圖2中，電路增益AV與控制電壓VGAIN成正比。由于AD8367的增益控制率為50dB/V，所以，在VGAIN以V為單位時，電路增益AV可由下式計算：

　　AV=50VGAIN-5

　　當電路的線性增益控制范圍為-2.5dB～42.5dB時，從上式可以推算出VGAIN所對應(yīng)的取值范圍為50mV～950mV。

　　將電容器CHP 連接到抵消信號路徑dc平衡變化的內(nèi)部漂移控制環(huán)，可設(shè)置信號通道的高通截止頻率。在不使用該電容時，可由內(nèi)部電容提供一個500kHz的缺省高通截止頻率。CHP與高通截止頻率的關(guān)系式為：

　　fHP=10/(CHP+0.02)

　　式中，fHP的單位為kHz，CHP的單位為nF。這樣，只要增大CHP的值就可以將AD8367擴展應(yīng)用到音頻領(lǐng)域。

　　3.2 用作AGC放大器

　　利用內(nèi)部集成的精確律方根檢波器，AD8367可以方便地配置成單片AGC放大器，其基本連接如圖3所示。AD8367用作AGC放大器時，需選擇反向增益控制模式。當輸出信號的有效值超過354mV時，檢波器將以20mV/dB的比例從DETO端輸出與輸入信號成比例的RSSI電壓。將該RSSI電壓作為AGC控制電壓加到增益控制端GAIN，便可構(gòu)成控制率為20mV/dB的簡單單片AGC放大器。當使用低于5V電源時，檢波器的輸出起點和比例都不會發(fā)生變化，即電源電壓在2.7V～5.5V的范圍內(nèi)變化時，電路的AGC特性能夠保持不變。

　　按圖3的連接方式，在大于35 dB的輸入范圍內(nèi)可以獲得優(yōu)于0.1dB的控制線性度。電路的時間常數(shù)τAGC可簡單地由AGC電容CAGC設(shè)定。事實上，τAGC是由AGC電容CAGC和10kΩ的片上等效電阻RAGC共同作用的結(jié)果。所以，時間常數(shù)如下：

　　τAGC=RAGCCAGC

　　需要說明的是：采用誤差積分技術(shù)的AGC環(huán)存在一個共同的弱點，當用一個逐漸增大的信號驅(qū)動時，AGC控制電壓增加會降低增益。當增益降低到它的最低值后，與輸入成比例的控制電壓增加將對增益不產(chǎn)生影響，因而將造成輸入過載。實際上，用AD8367配置成的AGC放大器也存在輸入過載的問題。由于它的最小增益為-2.5dB，因此，輸入幅度超過起控點2.5dB以上的輸入都會造成過載，也就是說，輸入信號功率超過+6.5dBm均會造成輸入過載。因此，實際使用時，最好將最大輸入電平控制在低于過載電平5dB處，以形成一定的過載保護帶。 在AGC應(yīng)用時，同樣可以通過頻帶擴展應(yīng)用到音頻領(lǐng)域，當CHP高至1μF時，電路便可處理頻率低至10Hz的音頻信號。將圖2中的CHP、C4、CAGC的取值改為1μF后即可構(gòu)成一款高穩(wěn)定、低失真的音頻穩(wěn)幅電路。

　　當需要的AGC起控點不同于電路內(nèi)部的設(shè)定值時，應(yīng)使用外部檢波器。利用輸出端檢出的直流電平經(jīng)放大、分壓后加到增益控制端，便可獲得需要的AGC起控點。

　　3.3 信號功率檢測應(yīng)用

　　使用律方根檢波器的另一個好處是其輸出作為RSSI電壓來反映信號功率，從而實現(xiàn)任何給定源阻抗的絕對功率測量。因此，AD8367還可以作為功率檢測芯片來設(shè)計功率計，或者作為以分貝數(shù)讀出的ac電壓計。其功率檢測范圍為45dB。如不使用圖2中的增益控制，從DETO端輸出的RSSI電壓便可作為輸入信號功率的檢測電壓。在用于輸入信號功率檢測時，只有當輸出信號電平達到354mVrms時才有指示電壓輸出。

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