高性能VGA芯片AD8367原理及应用

关键词： AD8367 , VGA

AD8367是AD公司推出的新型VGA芯片,该芯片采用单端输入､单端输出方式,可在500MHz以下的任意频率下稳定工作｡文中介绍了AD8367的特点､工作原理及使用注意事项,并在此基础上给出了几种典型应用电路｡

1 主要特点  

AD8367是AD公司推出的一款可变增益单端IF放大器,它使用AD公司先进的X-AMP结构,具有优异的增益控制特性｡由于在片上集成了律方根检波器,因此,它也是全球首枚可以实现单片闭环AGC的VGA的芯片｡该芯片带有可控制线性增益的高性能45dB可变增益放大器,并可以在任意低频到500MHz的频率范围内稳定工作｡  

AD8367具有以下主要特点:  

●单端输入､单端输出;  
●输入阻抗为200Ω､输出阻抗为50Ω;  
●3dB带宽为500MHz;  
●输入端为零电平时,输出端电平为电源电压的一半,且可调;  
●具有增益控制特性选择和功耗关断控制功能;  
●片上集成了律方根检波器,可以实现单片AGC应用;  
●增益控制特性以dB成线性;  
●可以通过外部电容将工作频率扩展到任意低频｡

2 工作原理  

AD8367的功能框图如图1所示,该芯片主要由可变衰减器､固定增益放大器和律方根检波器组成｡它的输入级是总衰减量为45dB的可变衰减器,其中包含一个200Ω单端梯形电阻网络和一个高斯内插器｡该电阻网络由每级衰减量为5dB的9级衰减网络组成,并可由高斯内插器选择衰减因子,每级梯形网络以固定的分贝数衰减输入信号｡当衰减量不是5dB的整数倍时,在控制电压的作用下,相邻两个衰减节点均会导通,通过离散节点衰减的加权平均值来获得与控制电压相对应的衰减量,并以这种方式获得平滑､单调的衰减特性｡它在大于40dB的增益控制范围内,工作频率为200MHz时,可提供优于%26;#177;0.5dB的线性误差,而在400MHz时可提供优于%26;#177;1dB的线性误差｡  

紧跟衰减器的是固定增益放大器,该放大器主要用于保证AD8367具有42.5dB的增益和500MHz的带宽,它实际上是一个具有100 GHz增益带宽积的运算放大器,因此,当其工作在高频时,仍具有良好的线性度｡  

AD8367在输出端集成了一个律方根检波器,可检测输出信号电平并与内部设置的354mVrms电平(对应于1Vp-p的正弦波)相比较｡当输出电平超过内部设置电平时,将产生一个差值电流｡用接在DETO脚和地之间的外部电容CAGC(包括5pF的内建电容)对该电流进行积分可产生与接收信号强度成比例的RSSI电压,这样,在AGC应用时,该电压可以用作AGC控制电压｡  

AD8367最适合工作在200Ω阻抗系统,并可通过电阻或电抗无源网络来实现与其它通用阻抗系统(从射频系统的50Ω到数据转换器的1kΩ)的转换｡一般情况下,转换网络的设计选择取决于特殊的系统要求,如带宽､回损､噪声系数和绝对增益范围等｡  

AD8367内含无源可变衰减器和固定增益放大器,其电路噪声和失真性能均是增益和控制电压的函数,且输入折合噪声随衰减量成比例增加｡电路在最大增益时具有最小为7.5 dB的噪声系数,增益每降低1dB,噪声系数增加1dB｡在接收系统中,如果接收到的信号很弱,则会有最大增益和最小噪声系数;而当接收到的信号电平较高时,系统将具有较低的增益和较大的噪声系数｡因此,电路噪声系数随增益的变化不会对系统造成明显的影响｡电路的失真性能与噪声性能相类似｡当AD8367工作在200Ω源阻抗系统时,它的输出级是一个低输出阻抗电压缓冲器,此时具有50Ω阻尼电阻,可以降低对负载电抗和寄生参数的敏感性｡

3 典型应用  

3.1 通用VGA放大器  

AD8367是一款通用型VGA放大器,适合于大控制范围的压控增益应用｡由于其具有从任意低频到500 MHz的工作带宽,它不但可以处理高达500MHz的高频信号,而且可以通过频率扩展来适应音频系统｡图2所示是AD8367在VGA工作时的基本连接电路｡图2中,电路增益AV与控制电压VGAIN成正比｡由于AD8367的增益控制率为50dB/V,所以,在VGAIN以V为单位时,电路增益AV可由下式计算:  

AV=50VGAIN-5  

当电路的线性增益控制范围为-2.5dB~42.5dB时,从上式可以推算出VGAIN所对应的取值范围为50mV~950mV｡  
将电容器CHP 连接到抵消信号路径dc平衡变化的内部漂移控制环,可设置信号通道的高通截止频率｡在不使用该电容时,可由内部电容提供一个500kHz的缺省高通截止频率｡CHP与高通截止频率的关系式为:  

fHP=10/(CHP+0.02)  

式中,fHP的单位为kHz,CHP的单位为nF｡这样,只要增大CHP的值就可以将AD8367扩展应用到音频领域｡  

3.2 用作AGC放大器  

利用内部集成的精确律方根检波器,AD8367可以方便地配置成单片AGC放大器,其基本连接如图3所示｡AD8367用作AGC放大器时,需选择反向增益控制模式｡当输出信号的有效值超过354mV时,检波器将以20mV/dB的比例从DETO端输出与输入信号成比例的RSSI电压｡将该RSSI电压作为AGC控制电压加到增益控制端GAIN,便可构成控制率为20mV/dB的简单单片AGC放大器｡当使用低于5V电源时,检波器的输出起点和比例都不会发生变化,即电源电压在2.7V~5.5V的范围内变化时,电路的AGC特性能够保持不变｡  

按图3的连接方式,在大于35 dB的输入范围内可以获得优于0.1dB的控制线性度｡电路的时间常数τAGC可简单地由AGC电容CAGC设定｡事实上,τAGC是由AGC电容CAGC和10kΩ的片上等效电阻RAGC共同作用的结果｡所以,时间常数如下:  
τAGC=RAGCCAGC

需要说明的是:采用误差积分技术的AGC环存在一个共同的弱点,当用一个逐渐增大的信号驱动时,AGC控制电压增加会降低增益｡当增益降低到它的最低值后,与输入成比例的控制电压增加将对增益不产生影响,因而将造成输入过载｡实际上,用AD8367配置成的AGC放大器也存在输入过载的问题｡由于它的最小增益为-2.5dB,因此,输入幅度超过起控点2.5dB以上的输入都会造成过载,也就是说,输入信号功率超过+6.5dBm均会造成输入过载｡因此,实际使用时,最好将最大输入电平控制在低于过载电平5dB处,以形成一定的过载保护带｡ 在AGC应用时,同样可以通过频带扩展应用到音频领域,当CHP高至1μF时,电路便可处理频率低至10Hz的音频信号｡将图2中的CHP､C4､CAGC的取值改为1μF后即可构成一款高稳定､低失真的音频稳幅电路｡  

当需要的AGC起控点不同于电路内部的设定值时,应使用外部检波器｡利用输出端检出的直流电平经放大､分压后加到增益控制端,便可获得需要的AGC起控点｡  

3.3 信号功率检测应用  

使用律方根检波器的另一个好处是其输出作为RSSI电压来反映信号功率,从而实现任何给定源阻抗的绝对功率测量｡因此,AD8367还可以作为功率检测芯片来设计功率计,或者作为以分贝数读出的ac电压计｡其功率检测范围为45dB｡如不使用图2中的增益控制,从DETO端输出的RSSI电压便可作为输入信号功率的检测电压｡在用于输入信号功率检测时,只有当输出信号电平达到354mVrms时才有指示电压输出｡