基于AD8367的压控增益放大系统设计

引言

通信接收机的任务是从众多的电波中选出有用信号，并放大到解调器所要求的电平值后再由解调器解调，将频带信号变为基带信号。由于传输路径上的损耗和多径效应，接收机接收到的信号是微弱且又变化的，为保证信号还原或处理结果的可靠性，在接收机中频电路中通常都设计有自动增益控制(AGC)功能，使射频信号在接收机的中频输出稳定在一个固定的电平上。

同时进入接收机的除了信号还伴随着许多干扰，这些干扰信号强度往往远大于有用信号。GSMR是专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，它是一个精确网络，需要良好的信号接收，因此有必要辨别干扰并排除干扰，综合以上两点考虑，为了排除干扰，接收机首先需要中频段信号有增益，但与通常接收机不同的是，这个增益需精确可控而非自动控制，从而能知道信号放大倍数，以方便辨别出干扰信号。

芯片介绍

AD8367是高性能的45dB可变增益放大器，它是线性增益控制，工作范围从低频到几百兆的高频。由于采用AD公司最新的X-AMP结构，增益响应的范围、平滑性和准确度都非常理想。适合作为中频压控增益放大器。图1是它的结构图。

输入端采用9级，200 的阻抗梯型网络。每一级有5dB损耗，提供总共45dB的衰减。衰减网络放在42.5的固定增益反馈放大器后面。这个放大器的增益带宽100GHz，即使在高频也有很高的线性。100MHz时，输 出三阶截点是+20dBV（+27dBm,2 00 阻抗），模拟增益 控制信号输入是20mV/dB，从50mV到950mV。增益控制分两种模式：增益上升模式（MODE管脚高电平）和增益下降模式（MODE管脚低电平）。示意图为图2 。

阻抗匹配

AD8367的输入输出特征阻抗均为200欧姆。而要在特征阻抗为50 的系统中使用AD8367，必须在输入输出端口加阻抗匹配网络。一般的接收机中频带宽都比较窄，采用纯感抗和容抗元件最好，这种匹配网络的特点是插入损耗小且驻波小，但是只能针对某一特定频率做窄带匹配。图3为140MHz时的输入输出阻抗匹配图。
70MHz和10MHz时的匹配网络元件值如图4。

同时，两个AD8367级联在一起，中间最好加阻抗平衡网络。

这个网络会带来3db的衰减，通常用图5的50欧姆平衡网络。

控制电压范围

需要注意的是，除了加去耦电容电感，阻抗匹配外，AD8367的增益控制电压范围是从0~1V，一种方便的方法是采用数字电位器，在其使能端加上拉电阻，控制电压输出在0~1V。另外，为了保护放大器，在电压控制端加三极管控制，用该三极管构成一个过载保护电路，使5引脚GAIN电压的输入最大不会超出1V，以增强电路稳定性。

图6为两级放大器级联的电路示意图。

增益控制调整

若需要的信号增益波动范围在40db内，如40~80db，则只用一级电压控制增益即可。另一个固定增益为40db。这是因为，放大器的三阶交调失真点是固定的，信号幅度越大，则失真的可能性就越大，因此把40db的固定放大器放在后面。前一个作为电压控制增益放大器。

假如接收机输出的信号幅度要求有确定范围，比如在 35dbm~4dbm范围内波动。则可以据此确定中频放大的增益范围，实验中设定为40~80db。再由接收的信号电平大小确定增益的转变。下面是实测得到的数据：

当 50<P in ≤ 40dbm时， Ap=0db， 8<P out ≤2dbm。
当 60<P in ≤ 50dbm时， Ap=10db， 8<P out ≤2dbm。
当 70<P in ≤ 60dbm时， Ap=20db， 8<P out ≤2dbm。
当 80<P in ≤ 70dbm时， Ap=30db， 8<P out ≤2dbm。
当 90<P in ≤ 80dbm时， Ap=40db， 8<P out ≤2dbm。
当 105<P in ≤ 90dbm时，Ap=40db， 25<P out ≤ 8dbm。

线性特性与失真

图7为增益下降模式时，频率为70MHz的信号的波形图。（a）为输入信号图，（b）为V GAIN =0.5V时一级输出的信号图，（c）为增益最大时一级放大后的信号图。（d）为二级放大后的信号图

由图可看出，V GAIN =0.5V时，一级放大约20倍，V GAIN =0V时，一级放大约40倍，表明增益具有良好的线性度，而二级放大图均一样，说明已达到放大器的饱和点。

我们 用接收仪测得的数值如下：输入 67dBm， 57dB m， 4 3dBm时，在同样的控制电压 V GAIN =0V的情况下，一 级输出为 31dBm， 19dBm， 5dBm，二级输出为5dBm，7dBm，7dBm。一级增益分别36dBm，38dBm，38dBm，表明有放大系统的线性特性很好。而二级输出基本相同，在7dBm附近，说明7dBm是放大器的输出饱和点。

结束语

本文介绍了一种基于AD8367的中频放大系统，集成度高，使用方便，线性度好。它可以应用在中频放大需要压控增益的接收机中，具有理想效果。

作者：北京交通大学电子信息工程学院 张星 周克生