RF中穩定閉環(huán)自動(dòng)功率控制設計

電路功能與優(yōu)勢

本文所述電路利用一個(gè)VGA(ADL5330)和一個(gè)對數檢波器(AD8318)提供閉環(huán)自動(dòng)功率控制。由于A(yíng)D8318具有較高的溫度穩定性，而且AD8318 RF檢波器可確保ADL5330 VGA的輸出端具有同樣水平的溫度穩定性，因此該電路在整個(gè)溫度范圍都能保持穩定。該電路還增加了對數放大器檢波器，用來(lái)將ADL5330從開(kāi)環(huán)可變增益放大器轉換為閉環(huán)輸出功率控制電路。AD8318與ADL5330一樣，具有線(xiàn)性dB傳遞函數，因此Pout對設定點(diǎn)傳遞函數也遵循線(xiàn)性dB特性。

圖1：ADL5330與AD8318配合在自動(dòng)增益控制環(huán)路中工作

電路描述

雖然可變增益放大器ADL5330可提供精確的增益控制，但利用一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路也可以實(shí)現對輸出功率的精密調節。圖1顯示在A(yíng)GC環(huán)路中工作的ADL5330。增加對數放大器AD8318后，該AGC在較寬的輸出功率控制范圍具有更高的溫度穩定性。

ADL5330 VGA要在A(yíng)GC環(huán)路中工作，必須將輸出RF的樣本反饋至檢波器（通常利用一個(gè)定向耦合器并增加衰減處理）。DAC將設定點(diǎn)電壓施加于檢波器的VSET輸入，同時(shí)將VOUT與ADL5330的GAIN引腳相連。根據檢波器的VOUT與RF輸入信號之間明確的線(xiàn)性dB關(guān)系，檢波器調節GAIN引腳的電壓（檢波器的VOUT引腳為誤差放大器輸出），直到RF輸入的電平與所施加的設定點(diǎn)電壓相對應。 GAIN建立至某一值，使得檢波器的輸入信號電平與設定點(diǎn)電壓之間達到適當平衡。

AGC環(huán)路中工作的ADL5330與AD8318的基本連接如圖1所示。AD8318是一款1 MHz至8 GHz精密解調對數放大器，提供較大的檢波范圍(60 dB)，溫度穩定性為±0.5 dB。ADL5330的增益控制引腳受AD8318的輸出引腳控制。電壓VOUT的范圍為0 V至接近VPOS。為避免過(guò)驅恢復問(wèn)題，可以用阻性分壓器按比例縮小AD8318的輸出電壓，以便與ADL5330的0 V至1.4 V增益控制范圍接口。

利用一個(gè)23 dB的耦合器/衰減器，可以讓所需的VGA最大輸出功率與AD8318線(xiàn)性工作范圍的上限（900 MHz時(shí)約為?5 dBm）相匹配。

檢波器的誤差放大器利用以地為參考的電容引腳CFLT對誤差信號（電流形式）進(jìn)行積分。必須將一個(gè)電容與CFLT相連，用來(lái)設置環(huán)路帶寬，并確保環(huán)路穩定性。

圖2顯示針對900 MHz正弦波和?1.5 dBm輸入功率，輸出功率與VSET電壓在整個(gè)溫度范圍的傳遞函數關(guān)系曲線(xiàn)。請注意，AD8318的功率控制為負向式。減小VSET相當于要求ADL5330提供更高的信號，因此一般會(huì )提高增益(GAIN)。

圖2：ADL5330輸出功率與AD8318設定點(diǎn)電壓關(guān)系曲線(xiàn)，PIN = -1.5 dBm

AGC環(huán)路能夠控制接近ADL5330完整60 dB增益控制范圍的信號。在通常極為重要的最高功率范圍內，其溫度性能最精確。在輸出功率的最高40 dB范圍內，整個(gè)溫度范圍的線(xiàn)性一致性誤差在±0.5 dB范圍內。

對數放大器所帶來(lái)的寬帶噪聲可忽略不計。

為使AGC環(huán)路保持均衡，AD8318必須跟蹤ADL5330輸出信號的包絡(luò )，并向ADL5330的增益控制輸入提供必要的電平。圖3所示為圖1中 AGC環(huán)路的示波器屏幕截圖。將采用50% AM調制的100 MHz正弦波施加于A(yíng)DL5330。ADL5330的輸出信號為恒定的包絡(luò )正弦波，其振幅與AD8318的設定點(diǎn)電壓1.5 V相對應。圖中還顯示了AD8318對不斷變化的輸入包絡(luò )的增益控制響應。

圖3：顯示AM調制輸入信號的示波器屏幕截圖

圖4顯示AGC RF輸出對VSET脈沖的響應。當VSET降至1 V時(shí)，AGC環(huán)路以RF突發(fā)脈沖予以響應。響應時(shí)間和信號積分量由AD8318 CFLT引腳上的電容控制，這與積分放大器周?chē)姆答侂娙蓊?lèi)似。電容增加將導致響應速度變慢。

圖4：顯示ADL5330輸出的示波器屏幕截圖

常見(jiàn)變化

該電路可以用來(lái)實(shí)現恒定功率輸出功能（固定設定點(diǎn)、可變輸入功率）或可變功率輸出功能（可變設定點(diǎn)、固定或可變輸入功率）。如果所需的輸出功率控制范圍較窄，可以用AD8317（功率檢波范圍：50 dB）或AD8319 （功率檢波范圍：45 dB）代替AD8318對數放大器（功率檢波范圍：60 dB）。對于恒定輸出功率功能，最低動(dòng)態(tài)范圍檢波器(AD8319)已足夠用，因為環(huán)路將始終把檢波器的輸入功率伺服至恒定水平。

針對發(fā)射應用進(jìn)行優(yōu)化的ADL5330 VGA可以用AD8368VGA代替，后者針對最高800 MHz的低頻接收應用進(jìn)行了優(yōu)化，并提供34 dB線(xiàn)性dB電壓控制可變增益。