高速電壓輸出型對數放大器AD8310

摘要：AD8310是AD公司生產(chǎn)的一種高速電壓輸出型對數放大器。它可對DC到440MHz的頻率縮技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍高達95dB，而誤差僅為±3dB。該器件性能穩定且易于使用，外部不需其它重要元件。文中介紹了該芯片的內部結構、原理以及應用設計方法。

關(guān)鍵詞：對數放大器 增益 斜率 AD8310

1 概述

AD8310是一個(gè)高速電壓輸出、解調頻率范圍為DC～440MHz的對數放大器，它內含六個(gè)串聯(lián)的放大器/限幅器，且每個(gè)放大器/限幅器的小信號增益均為14.3dB，在900MHz時(shí)帶寬為-3dB。它內使用了9個(gè)檢測器，檢波范圍從-91dBV～+4dBV（我們定義rms為1V的正弦波的幅值為0dB），即±40μV～±2.2V。AD8310的解調輸出可精確標定，其對數斜率為24mV/dB，截止電壓為-108dBV，并以獨立的供電電壓和獨立的濕度作為標定參數。AD8310采用完全差動(dòng)輸入，可提供適當的輸入阻抗（采用1kΩ電阻與1pF電容并聯(lián)）。用簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )與50Ω的輸入匹配可保證-78dBm～+17dBm的功率靈敏度。100MHz時(shí)的對數線(xiàn)性度的典型值在±0.4dB以?xún)?，僅稍在于440MHz時(shí)的線(xiàn)性度。AD8310沒(méi)有最小使用頻率的限制，因而可用于低音頻頻率。在較輕負載時(shí)，輸出電壓的上邊界低于電源電壓200mV；下邊界受到噪音限制，距離負電源電壓400mV；其斜率和截止點(diǎn)可通過(guò)外部阻抗來(lái)改變。AD8310允許輸出負載有較大的變化范圍，并可驅動(dòng)高達100pF的容性負載。

AD8310集低成本、小體積、低功耗、高精度、高穩定性、寬動(dòng)態(tài)范圍等諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，其頻率范圍可從音頻到超高頻。另外，它還具有響應時(shí)間快、負載驅動(dòng)能力強等特點(diǎn)，可廣泛應用于需要衰減信號到分貝級的電路中。AD8310在工業(yè)上的使用濕度范圍為-40℃～+85℃，封裝采用8腳小型SO形式。

AD8310的特性如下：

●為多級解調的對數放大器；

●采有電壓輸出，上升時(shí)間小于15ns；

●承受大電流的能力為1dBV～+4dBV；

●采用最小2.7V的單端電源電壓；

●具有DC～440MHz的工作范圍和±0.4dB的線(xiàn)性度；

●對數斜率為25mV/dB，截止電壓為-108dBV；

●具有高度的溫度穩定性；

●有完全差動(dòng)的直流耦合信號通路；

●100μs的上電時(shí)間，1μA的休眠電流；

AD8310對數放大器可用于信號電平以分貝格式的轉換、發(fā)射機天線(xiàn)的功耗測量、接收器信號的強度指示、廉價(jià)雷達的聲波定位儀的信號處理網(wǎng)絡(luò )以及頻譜分析等領(lǐng)域。

2 內部結構

圖1為AD8310的結構框圖。圖中的6個(gè)主放大器/限幅器以及與它們相連的全波檢測器用來(lái)處理整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍低2/3部分的信號，其余信號由位于無(wú)源衰減器14.3dB抽頭處的三個(gè)頂端檢測器處理。第一級放大器輸出低噪聲的譜密度。以上幾部分的偏置有兩個(gè)參考：一個(gè)決定它們的增益，另一個(gè)決定對數斜率并穩定電源和濕度浮動(dòng)的帶隙電路。AD8310通過(guò)ENBL的COMS兼容電平來(lái)置位和復位。9個(gè)檢測器輸出的差動(dòng)電流模式匯合后被轉換成單邊模式（理論標定值為2μA/dB），經(jīng)過(guò)3kΩ的負載阻抗后，將其輸出電壓由一高速的4倍增益緩沖放大器放大，最后從VOUT輸出，其斜率為24mV/dB。沒(méi)有進(jìn)入緩沖的電壓則允許經(jīng)過(guò)一定的函數關(guān)系調整后進(jìn)入BFIN，包括附加在外部的后置解濾波電容以及斜率、截止電壓的改變等。增益的最后一級包括偏置敏感電路，并產(chǎn)生雙極性輸出電流，經(jīng)OFLT處的片內電容積分，最后輸出的電壓用于消除第一級輸出中的從偏置。由于該電壓沒(méi)有涉及信號輸入處的連接，所以沒(méi)有在反饋回路上引入額外的電極，從而保證了偏置校準回路的穩定。

3 AD8310的使用

AD8310的高增益和寬帶寬使得它對輸入端極寬頻率范圍內的所有信號都非常敏感。因此，不用濾波器將很難區別出所需的信號，并會(huì )提高噪音的基礎水平，所以，屏蔽和電源退耦是至關(guān)重要的。使用AD8310時(shí)應在VPOS端接上退耦電容，并設置一個(gè)地層，以便為公共端COMM提供低阻抗。

3.1 基本連接

圖2為AD8310的典型應用連接圖，由VPOS提供2.7V～5.5V的電源電壓在靠近管腳處連有0.01μF的退耦電容，有時(shí)也在電源上連接一小電阻來(lái)濾除電源線(xiàn)上的噪聲，ENBL的閾值輸入約為1.3V。在單端輸入時(shí)，應將C1接地，使信號通過(guò)C2耦合輸入。在使用使能端時(shí)，為盡量避免啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)過(guò)程，C1與C2的大小必須完全相等?？捎?2.3Ω的電阻與1.1kΩ的輸入阻抗并聯(lián)，以產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的寬帶50Ω的匹配輸入，當然，也可使用輸入匹配網(wǎng)絡(luò )。在高頻應用中，為減少不需要的低頻信號耦合，其轉換頻率fHP應盡可能高；而在低頻應用中，出于相同的考慮，必須在輸入端增加一個(gè)簡(jiǎn)單的RC低通濾波網(wǎng)絡(luò )，并應緊靠耦合電容的信號產(chǎn)生端，經(jīng)降低給定高通轉折頻率所需的電容值。

3.2 斜率和截止電壓的調整

當系統校準不是很有效時(shí)，可以使用圖3所示的調整電路，并可逐一地或整體地對AD8310的絕對精度微調。其對數斜率可通過(guò)VR1來(lái)改變，圖3中可提供的校準范圍為±10%（22.6mV/dB～27.4mV/dB），調整功能是依靠一個(gè)精密的信號發(fā)生器交替產(chǎn)生兩個(gè)固定的輸入電平來(lái)實(shí)現的，一般位于動(dòng)態(tài)范圍的中心附近，如-60dB和-20dB。換句話(huà)說(shuō)，使用的位于動(dòng)態(tài)范圍中心的AM-調制信號。對于調制深度為M的信號，一個(gè)調制周期內的峰和谷分貝變化值由下式?jīng)Q定：

ΔdB=20log10[(1+M)/(1-M)]

4 應用設計舉例

AD8310不僅功能強大，而且易于使用，它只需極少的外部元件，并且絕大多數都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的電路迅速連接。以下幾個(gè)典型的應用實(shí)例。

4.1 驅動(dòng)電纜

在3V或者更高的電源電壓下，AD8310能以2.5V的電壓來(lái)驅動(dòng)100Ω的接地負載；當驅動(dòng)500Ω的電纜時(shí)，如果需要反向終端，AD8310的輸出應與之串聯(lián)，圖4為驅動(dòng)電纜時(shí)的輸出響應，這時(shí)負載上的斜率可達到12mV/dB。有時(shí)它也用于驅動(dòng)無(wú)遠程終端的電纜，但此時(shí)的對數斜率不可能再降低。

4.2 DC耦合輸入

在一些特殊場(chǎng)合，需要對直流輸入進(jìn)行處理，由于A(yíng)D8310的內部是直流耦合的，因此，人們很自然會(huì )想到選用它，但為保證第一級的適當偏置，AD8310的差動(dòng)輸入必須高于2V，這超過(guò)了COM的電位。通常，AD8310的輸入信號都是以地為參考的單邊信號，因此必須為信號供參考點(diǎn)的轉變和單端到差動(dòng)的轉換，從而使其正確驅動(dòng)AD8310的輸入。

圖5是一種如何利用AD8138差動(dòng)放大器來(lái)實(shí)現以中值電壓為參考的參考點(diǎn)的轉變和單端到差動(dòng)的轉換電路。該電路由4個(gè)499Ω的電阻建立了一個(gè)增益整體。當在A(yíng)D8138的VCOM管腳加以2.5V（可由參考電壓的電阻分壓獲得）電壓時(shí)，AD8138可輸出2.5V的共模電壓，其差動(dòng)輸出可直接用來(lái)驅動(dòng)AD8310的1.1kΩ的輸入阻抗。此時(shí)，必須對AD8138的失調電壓進(jìn)行調整。若在OFLF管腳加以1.9V左右的理論電壓，AD8310內部的失調補償電路就會(huì )失去作用。因此，對AD8138的偏置調整可同時(shí)調整兩個(gè)器件的失調電壓。調整的過(guò)程是把輸入電路接地，同時(shí)輕微改變AD8138上反相輸入中的增益電阻（圖5中的50Ω電位器），直到AD8138的輸出達到最小值。由于動(dòng)態(tài)范圍的低端受到AD8138輸出的寬帶噪聲的限制，其值約為425μVp-p。因此，當電路并不需要對沖激響應作出極其迅速的響應時(shí)，可在A(yíng)D8138與AD8310之間加上一個(gè)差動(dòng)的低通濾波器而不必使用AD8310所構成的電路。

5 結束語(yǔ)

AD8310具有低成本、低功耗、高精度、高穩定性、寬動(dòng)態(tài)范圍等諸多優(yōu)點(diǎn)，響應頻率范圍可從音頻到超高頻，且反應快，外部不需其它重要元件，同時(shí)還具有良好的負載驅動(dòng)能力，可廣泛應用于需要衰減信號到分貝級的電路中。