高性能VGA芯片AD8367原理及应用

    关键词：VGA；AGC ；AD8367

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±０．５ｄＢ的线性误差，而在４００ＭＨｚ时可提供优于±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。