可变增益单端IF放大器AD8367的原理、性能特点及典型应用

AD8367是AD公司推出的新型VGA芯片，该芯片采用单端输入､单端输出方式，可在500MHz以下的任意频率下稳定工作｡文中介绍了AD8367的特点､工作原理及使用注意事项，并在此基础上给出了几种典型应用电路｡

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%26;#177;0.5dB的线性误差，而在400MHz时可提供优于%26;#177;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｡

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