ADI实验室电路:稳定闭环自动功率控制电路

本文所述电路利用一个VGA （ADL5330） 和一个对数检波器 （AD8318） 提供闭环自动功率控制。由于AD8318具有较高的温度稳定性，而且AD8318 RF检波器可确保ADL5330 VGA的输出端具有同样水平的温度稳定性，因此该电路在整个温度范围都能保持稳定。该电路还增加了对数放大器检波器，用来将ADL5330从开环可变增益放大器转换为闭环输出功率控制电路。 AD8318与ADL5330一样，具有线性dB传递函数，因此P对设定点传递函数也遵循线性dB特性。

 

图1. ADL5330与AD8318配合在自动增益控制环路中工作（原理示意图：未显示去耦和所有连接）

电路描述

虽然可变增益放大器可提供精确的增益控制，但利用一个自动增益控制（AGC）环路也可以实现对输出功率的精密调节。图1显示在AGC环路中工作的ADL5330。增加对数放大器AD8318后，该AGC在较宽的输出功率控制范围具有更高的温度稳定性。

ADL5330 VGA要在AGC环路中工作，必须将输出RF的样本反馈至检波器（通常利用一个定向耦合器并增加衰减处理）。DAC将设定点电压施加于检波器的VSET输入，同时将VOUT与ADL5330的GAIN引脚相连。根据检波器的VOUT与RF输入信号之间明确的线性dB关系，检波器调节GAIN引脚的电压（检波器的VOUT引脚为误差放大器输出），直到RF输入的电平与所施加的设定点电压相对应。GAIN建立至某一值，使得检波器的输入信号电平与设定点电压之间达到适当平衡。

AGC环路中工作的ADL5330与AD8318的基本连接如图 1所示。AD8318是一款 1 MHz至 8 GHz精密解调对数放大器，提供较大的检波范围（60 dB），温度稳定性为±0.5 dB。ADL5330的增益控制引脚受AD8318的输出引脚控制。电压VOUT的范围为 0 V至接近VPSx。为避免过驱恢复问题，可以用阻性分压器按比例缩小AD8318的输出电压，以便与ADL5330的 0 V至 1.4 V增益控制范围接口。

利用一个 23 dB的耦合器/衰减器，可以让所需的VGA最大输出功率与AD8318线性工作范围的上限（900 MHz时约为−5dBm）相匹配。

检波器的误差放大器利用以地为参考的电容引脚 CLPF 对误差信号（电流形式）进行积分。必须将一个电容与 CLPF 相连，用来设置环路带宽，并确保环路稳定性。

图2显示针对900MHz正弦波和-1.5dBm输入功率，输出功率与VSET电压在整个温度范围的传递函数关系曲线。请注意，AD8318的功率控制为负向式。减小VSET相当于要求ADL5330提供更高的信号，因此一般会提高增益（GAIN）。

 

图2 ADL5330输出功率与AD8318设定点电压关系曲线，PIN=-1.5dBm

AGC环路能够控制接近ADL5330完整60dB增益控制范围的信号。在通常极为重要的最高功率范围内，其温度性能最精确。在输出功率的最高40dB范围内，整个温度范围的线性一致性误差在±0.5dB范围内。

对数放大器所带来的宽带噪声可忽略不计。

为使AGC环路保持均衡，AD8318必须跟踪ADL5330输出信号的包络，并向ADL5330的增益控制输入提供必要的电平。图3所示为图1中AGC环路的示波器屏幕截图。将采用50%。AM调制的1000MHz正弦波施加于ADL5330。ADL5330的输出信号为恒定的包络正弦波，其振幅与AD8318的设定点电压1.5V相对应。图中还显示了AD8318对不断变化的输入包络的增益控制响应。

 

图3. 显示AM调制输入信号的示波器屏幕截图

图4显示AGC RF输出对VSET脉冲的响应。当VSET降至1V时，AGC环路以RF突发脉冲予以响应。响应时间和信号积分量由AD8318 CFLT引脚上的电容控制。这与积分放大器周围的反馈电容类似。电容增加将导致响应速度变慢。

该电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术。

在ADL5330和AD8318芯片级封装的底面，有一个裸露的压缩焊盘，该焊盘与芯片接地内部相连。将该焊盘焊接至印刷电路板的低阻抗接地层可确保达到额定的电气性能，并可提供散热功能。另外，建议利用过孔将焊盘下方所有层上的接地层拼接在一起，以降低热阻抗。

 

图4 显示ADL5330输出的示波器屏幕截图

常见变化

该电路可以用来实现恒定功率输出功能（固定设定点、可变输入功率）或可变功率输出功能（可变设定点、固定或可变输入功率）。 如果所需的输出功率控制范围较窄，可以用AD8317 （功率检波范围：50 dB）或 AD8319（功率检波范围：45 dB）代替AD8318对数放大器（功率检波范围：60 dB）。对于恒定输出功率功能，最低动态范围检波器（AD8319）已足够用，因为环路将始终把检波器的输入功率伺服至恒定水平。

针对发射应用进行优化的ADL5330 VGA可以用AD8368VGA代替，后者针对最高 800 MHz的低频接收应用进行了优化，并提供 34 dB线性dB电压控制可变增益。