基于AD8367壓控增益放大系統(tǒng)設(shè)計方案

一、引言

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，壓控增益放大器（VGA）扮演著至關(guān)重要的角色。它們能夠根據(jù)輸入信號的大小動態(tài)調(diào)整增益，從而優(yōu)化系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。AD8367是Analog Devices（AD公司）推出的一款高性能可變增益放大器，特別適用于中頻（IF）信號處理。本文將詳細(xì)介紹基于AD8367的壓控增益放大系統(tǒng)設(shè)計方案，包括主控芯片型號、設(shè)計原理、電路實現(xiàn)以及性能評估。

二、主控芯片型號及作用

1. 主控芯片型號

• 型號：AD8367

• 描述：AD8367是一款高性能45dB可變增益具有線性dB增益控制的放大器，設(shè)計用于在最高500MHz的中頻頻率下工作。

2. 在設(shè)計中的作用

AD8367在壓控增益放大系統(tǒng)中主要承擔(dān)以下作用：

• 可變增益控制：通過外部控制電壓，AD8367能夠平滑、單調(diào)地調(diào)整增益，從而實現(xiàn)精確的增益控制。

• 寬帶性能：具有500MHz的3dB帶寬，能夠處理高頻信號，適用于多種通信和信號處理應(yīng)用。

• 線性度：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，保證信號質(zhì)量。

• 單片閉環(huán)AGC：片上集成了律方根檢波器，可以實現(xiàn)單片閉環(huán)自動增益控制（AGC），簡化系統(tǒng)設(shè)計。

三、設(shè)計原理

1. 功能框圖

AD8367的功能框圖如圖1所示，主要由可變衰減器、固定增益放大器和律方根檢波器組成。

圖1：AD8367功能框圖

2. 可變衰減器

AD8367的輸入級是總衰減量為45dB的可變衰減器，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，可由高斯內(nèi)插器選擇衰減因子。當(dāng)衰減量不是5dB的整數(shù)倍時，相鄰兩個衰減節(jié)點均會導(dǎo)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，從而實現(xiàn)平滑、單調(diào)的衰減特性。

3. 固定增益放大器

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

4. 律方根檢波器

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(dāng)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(jìn)行積分，可產(chǎn)生與接收信號強度成比例的RSSI電壓。在AGC應(yīng)用時，該電壓可以用作AGC控制電壓。

四、電路實現(xiàn)

1. 增益控制電路設(shè)計

AD8367的增益控制電壓范圍是從01V。為了實現(xiàn)精確的增益控制，可以采用數(shù)字電位器，在其使能端加上拉電阻，控制電壓輸出在01V范圍內(nèi)。此外，為了保護放大器，可以在電壓控制端加三極管控制，構(gòu)成一個過載保護電路，使GAIN腳的輸入電壓最大不會超出1V，增強電路穩(wěn)定性。

2. 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)

AD8367的輸入輸出特征阻抗均為200Ω。若要在特征阻抗為50Ω的系統(tǒng)中使用AD8367，必須在輸入輸出端加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。一般的接收機中頻帶寬都比較窄，采用純感抗和容抗元件最好。這種匹配網(wǎng)絡(luò)的特點是插入損耗小且駐波小，但只能針對某一特定頻率做窄帶匹配。

3. 級聯(lián)電路設(shè)計

當(dāng)需要的信號增益波動范圍較大時，如40~80dB，可以采用兩級放大器級聯(lián)的方式。中間最好加阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)會帶來3dB的衰減。需要注意的是，除了加去耦電容電感、阻抗匹配外，還應(yīng)考慮增益控制電壓的分配和級聯(lián)放大器的穩(wěn)定性。

五、性能評估

1. 線性度

AD8367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。這表明AD8367具有良好的線性度，能夠滿足大多數(shù)信號處理應(yīng)用的需求。

2. 噪聲系數(shù)

AD8367的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7.5dB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(dāng)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)。然而，由于電路噪聲系數(shù)隨增益的變化不會對系統(tǒng)造成明顯的影響，因此AD8367仍適用于多種通信和信號處理應(yīng)用。

3. 失真性能

AD8367的失真性能與噪聲性能相類似。當(dāng)AD8367工作在200Ω源阻抗系統(tǒng)時，其輸出級是一個低輸出阻抗電壓緩沖器，具有50Ω阻尼電阻，可以降低對負(fù)載電抗和寄生參數(shù)的敏感性。這有助于減少失真并提高信號質(zhì)量。

4. 自動增益控制（AGC）應(yīng)用

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。當(dāng)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。這種配置簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

六、結(jié)論

基于AD8367的壓控增益放大系統(tǒng)設(shè)計方案具有高性能、寬帶寬、線性度好、噪聲系數(shù)低以及易于實現(xiàn)自動增益控制等優(yōu)點。通過合理的電路設(shè)計和性能評估，該系統(tǒng)能夠滿足多種通信和信號處理應(yīng)用的需求。未來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，基于AD8367的壓控增益放大系統(tǒng)將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。