高性能VGA芯片AD8367原理及應用

關(guān)鍵詞：VGA；AGC ；AD8367

１　主要特點(diǎn)

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(jìn)的Ｘ－ＡＭＰ結構，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(shí)現單片閉環(huán)ＡＧＣ的ＶＧＡ的芯片。該芯片帶有可控制線(xiàn)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的頻率范圍內穩定工作。

ＡＤ８３６７具有以下主要特點(diǎn)：

●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(shí)，輸出端電平為電源電壓的一半，且可調；

●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(shí)現單片ＡＧＣ應用；

●增益控制特性以ｄＢ成線(xiàn)性；

●可以通過(guò)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(gè)２００Ω單端梯形電阻網(wǎng)絡(luò )和一個(gè)高斯內插器。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，并可由高斯內插器選擇衰減因子，每級梯形網(wǎng)絡(luò )以固定的分貝數衰減輸入信號。當衰減量不是５ｄＢ的整數倍時(shí)，在控制電壓的作用下，相鄰兩個(gè)衰減節點(diǎn)均會(huì )導通，通過(guò)離散節點(diǎn)衰減的加權平均值來(lái)獲得與控制電壓相對應的衰減量，并以這種方式獲得平滑、單調的衰減特性。它在大于４０ｄＢ的增益控制范圍內，工作頻率為２００ＭＨｚ時(shí)，可提供優(yōu)于０．５ｄＢ的線(xiàn)性誤差，而在４００ＭＨｚ時(shí)可提供優(yōu)于１ｄＢ的線(xiàn)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(shí)際上是一個(gè)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(shí)，仍具有良好的線(xiàn)性度。

ＡＤ８３６７在輸出端集成了一個(gè)律方根檢波器，可檢測輸出信號電平并與內部設置的３５４ｍＶｒｍｓ電平（對應于１Ｖｐ－ｐ的正弦波）相比較。當輸出電平超過(guò)內部設置電平時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)差值電流。用接在ＤＥＴＯ腳和地之間的外部電容ＣＡＧＣ（包括５ｐＦ的內建電容）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，這樣，在ＡＧＣ應用時(shí)，該電壓可以用作ＡＧＣ控制電壓。

ＡＤ８３６７最適合工作在２００Ω阻抗系統，并可通過(guò)電阻或電抗無(wú)源網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現與其它通用阻抗系統(從射頻系統的５０Ω到數據轉換器的１ｋΩ)的轉換。一般情況下，轉換網(wǎng)絡(luò )的設計選擇取決于特殊的系統要求，如帶寬、回損、噪聲系數和絕對增益范圍等。

ＡＤ８３６７內含無(wú)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，且輸入折合噪聲隨衰減量成比例增加。電路在最大增益時(shí)具有最小為７．５ ｄＢ的噪聲系數，增益每降低１ｄＢ，噪聲系數增加１ｄＢ。在接收系統中，如果接收到的信號很弱，則會(huì )有最大增益和最小噪聲系數；而當接收到的信號電平較高時(shí)，系統將具有較低的增益和較大的噪聲系數。因此，電路噪聲系數隨增益的變化不會(huì )對系統造成明顯的影響。電路的失真性能與噪聲性能相類(lèi)似。當ＡＤ８３６７工作在２００Ω源阻抗系統時(shí)，它的輸出級是一個(gè)低輸出阻抗電壓緩沖器，此時(shí)具有５０Ω阻尼電阻，可以降低對負載電抗和寄生參數的敏感性。

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(guò)頻率擴展來(lái)適應音頻系統。圖２所示是ＡＤ８３６７在ＶＧＡ工作時(shí)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(shí)，電路增益ＡＶ可由下式計算：

ＡＶ＝５０ＶＧＡＩＮ－５

當電路的線(xiàn)性增益控制范圍為－２．５ｄＢ～４２．５ｄＢ時(shí)，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平衡變化的內部漂移控制環(huán)，可設置信號通道的高通截止頻率。在不使用該電容時(shí)，可由內部電容提供一個(gè)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(shí)，需選擇反向增益控制模式。當輸出信號的有效值超過(guò)３５４ｍＶ時(shí)，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，便可構成控制率為２０ｍＶ／ｄＢ的簡(jiǎn)單單片ＡＧＣ放大器。當使用低于５Ｖ電源時(shí)，檢波器的輸出起點(diǎn)和比例都不會(huì )發(fā)生變化，即電源電壓在２．７Ｖ～５．５Ｖ的范圍內變化時(shí)，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的輸入范圍內可以獲得優(yōu)于０．１ｄＢ的控制線(xiàn)性度。電路的時(shí)間常數τＡＧＣ可簡(jiǎn)單地由ＡＧＣ電容ＣＡＧＣ設定。事實(shí)上，τＡＧＣ是由ＡＧＣ電容ＣＡＧＣ和１０ｋΩ的片上等效電阻ＲＡＧＣ共同作用的結果。所以，時(shí)間常數如下：

τＡＧＣ＝ＲＡＧＣＣＡＧＣ

需要說(shuō)明的是：采用誤差積分技術(shù)的ＡＧＣ環(huán)存在一個(gè)共同的弱點(diǎn)，當用一個(gè)逐漸增大的信號驅動(dòng)時(shí)，ＡＧＣ控制電壓增加會(huì )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(guò)載。實(shí)際上，用ＡＤ８３６７配置成的ＡＧＣ放大器也存在輸入過(guò)載的問(wèn)題。由于它的最小增益為－２．５ｄＢ，因此，輸入幅度超過(guò)起控點(diǎn)２．５ｄＢ以上的輸入都會(huì )造成過(guò)載，也就是說(shuō)，輸入信號功率超過(guò)＋６．５ｄＢｍ均會(huì )造成輸入過(guò)載。因此，實(shí)際使用時(shí)，最好將最大輸入電平控制在低于過(guò)載電平５ｄＢ處，以形成一定的過(guò)載保護帶。 在ＡＧＣ應用時(shí)，同樣可以通過(guò)頻帶擴展應用到音頻領(lǐng)域，當ＣＨＰ高至１μＦ時(shí)，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后即可構成一款高穩定、低失真的音頻穩幅電路。

當需要的ＡＧＣ起控點(diǎn)不同于電路內部的設定值時(shí)，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(diǎn)。

３．３ 信號功率檢測應用

使用律方根檢波器的另一個(gè)好處是其輸出作為ＲＳＳＩ電壓來(lái)反映信號功率，從而實(shí)現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(lái)設計功率計，或者作為以分貝數讀出的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(shí)，只有當輸出信號電平達到３５４ｍＶｒｍｓ時(shí)才有指示電壓輸出。