高性能VGA芯片AD8367原理及應用

關(guān)鍵詞： AD8367 , VGA

AD8367是AD公司推出的新型VGA芯片,該芯片采用單端輸入､單端輸出方式,可在500MHz以下的任意頻率下穩(wěn)定工作｡文中介紹了AD8367的特點､工作原理及使用注意事項,并在此基礎(chǔ)上給出了幾種典型應用電路｡

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%26;#177;0.5dB的線性誤差,而在400MHz時可提供優(yōu)于%26;#177;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應用時,同樣可以通過頻帶擴展應用到音頻領(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｡