AD603低噪声、90 MHz可变增益放大器技术手册

概述
AD603是一款低噪声、电压控制型放大器，用于射频(RF)和中频(IF)自动增益控制(AGC)系统。它提供精确的引脚可选增益，90 MHz带宽时增益范围为−11 dB至+31 dB，9 MHz带宽时增益范围为+9 dB至+51 dB。用一个外部电阻便可获得任何中间增益范围。折合到输入的噪声谱密度仅为1.3 nV/√Hz，采用推荐的±5 V电源时功耗为125 mW。
数据表：*附件：AD603低噪声、90 MHz可变增益放大器技术手册.pdf

增益以dB为线性，经过精密校准，而且不随温度和电源电压而变化。增益由高阻抗(50 MΩ)、低偏置(200 nA)差分输入控制；比例因子为25 mV/dB，因此仅需要1 V的增益控制电压就能覆盖增益范围的中间40 dB。无论选择何种范围，均提供1 dB的超量程和欠量程。对于40 dB变化，增益控制响应时间不到1 μs。

差分增益控制接口允许使用差分或单端正或单端负控制电压。可将数个这种放大器级联起来，由其增益控制增益偏置以优化系统信噪比(SNR)。

AD603可以驱动低至100 Ω的负载阻抗，且失真较低。对于采用5 pF分流的500 Ω负载，10 MHz时，±1 V正弦输出的总谐波失真通常为−60 dBc。进入500 Ω负载的峰值额定输出为±2.5 V（最小值）。

AD603采用专有的专利电路结构X-AMP®。X-AMP含有0 dB至-42.14 dB可变衰减器，后接固定增益放大器。由于存在衰减器，放大器永远不必处理较大输入，并且可以用负反馈来定义其（固定）增益和动态性能。衰减器具有经激光调整至±3%的100 Ω输入电阻，且包含7级R-2R梯形网络，使触点之间的衰减为6.021 dB。利用专有插值技术，可提供以dB为单位的线性连续增益控制功能。

AD603的工作温度范围为−40°C至+85°C。

应用

• 射频/中频AGC放大器
• 视频增益控制
• 模数范围扩展
• 信号测量

特性

• 线性dB增益控制
• 引脚可编程增益范围
  −11 dB至+31 dB(90 MHz带宽)
  9 dB至51 dB(9 MHz带宽)
• 所有中间范围(例如−1 dB至+41 dB，带宽：30 MHz)
• 带宽与可变增益无关
• 输入噪声谱密度：1.3 nV/√Hz
• 增益精度：±0.5 dB(典型值)

功能框图

引脚配置描述

典型性能特征

测试电路

工作原理

AD603由一个固定增益放大器组成，其前端是一个0dB至42.14dB的宽带无源衰减器，具有增益控制缩放因子40dB/V。该固定增益放大器在两个范围内进行激光微调，分别为31.07dB（×35.8）或50dB（×358），也可以在这两个范围之间的任意增益值设置，具体通过连接引脚5和引脚7实现。将引脚5连接到公共端可获得更高增益，此时输出失调电压从最小值增加到约60dB。对于任何给定范围，带宽与电压控制增益无关。该系统在以下两种情况下分别提供1.07dB的增益裕量和-11.07dB至+31.07dB的增益范围：最大带宽模式（引脚5和引脚7短接）。

这种X - AMP结构相比以前的增益控制方法具有许多优势。最重要的是，其固定增益放大器采用负反馈来增加其精度。因为大输入信号可以先被衰减，然后再进行放大（例如，要得到±1V的输出，在1 - dB/ + 41dB模式下，即固定增益为41.07dB时，其输入仅为8.84mV，因此失真可以很低）。同样重要的是，信号增益和相位响应，以及脉冲响应，基本上与增益无关。

图31是简化原理图。输入衰减器是一个7段R - 2R梯形网络，使用标称值为125Ω ± 20%的未微调电阻。在输入和激光微调的100Ω ± 3% 2R电阻上并联一个分流电阻，可确保在与外部电阻或电容结合使用时，能精确控制增益和高频转角频率。

输入VINP的标称最大信号为1V rms（1.4V峰值）。使用推荐的±5V电源时，虽然在±2V峰值时也能工作，但会增加谐波失真和馈通。引脚4（COMM）必须直接连接到输入地；在此连接中，显著的阻抗会降低增益精度。

输入处施加的信号通过梯形网络按6.02dB的倍数进行衰减；因此，每个抽头的衰减依次为6.02dB、12.04dB、18.06dB、24.08dB、30.1dB、36.12dB和42.14dB。采用独特的电路技术来对这些抽头点进行插值，如图31所示，从而提供从0dB到42.14dB的连续衰减。这有助于理解AD603的工作原理：它就像一个机械装置，通过移动滑块从左到右来控制增益，其位置由控制电压决定。引脚1和引脚2的详细信息在“增益控制接口”部分介绍。

增益在任何时候都能精确确定，并且通过指数特性（X - AMP原理）自动保证dB线性关系。实际上，增益会略微偏离理想规律，偏差约为±0.2dB峰值（例如，见图5）。

噪声性能

X - AMP的一个重要优点是其卓越的噪声性能。标称电阻在内部抽头点为41.7Ω（三分之一的125Ω），在27℃时表现出0.83nV/√Hz的热噪声（√4kTR）。放大器的第一级每√Hz的噪声大于1nV/√Hz，总输入噪声为1.3nV/√Hz。这是因为在梯形网络中使用了低电阻，以实现极低的指定噪声水平。信号源阻抗与AD603的100Ω输入电阻形成分压器。在某些应用中，由此产生的衰减可能不可接受，这就需要使用外部缓冲放大器，将高阻抗源与低阻抗AD603进行匹配。

最大增益（即0dB抽头）时的噪声取决于输入是短路还是开路。短路时，可实现略高于1nV/√Hz的最小噪声谱密度（NSD）。开路时，看向100Ω的电阻为129nV/√Hz，因此噪声增加到1.63nV/√Hz。（此计算假设如果AD603之前有一个900Ω电阻，例如，允许从高达10V rms的输入进行操作。）随着所选抽头远离输入，源阻抗对噪声的影响会迅速减小。

除了上述小变化之外，输出的信噪比（SNR）基本上与衰减器设置无关。例如，在-11dB/ + 31dB范围中，×35.8的固定增益将输出NSD提高到46.5nV/√Hz。因此，对于1V rms的最大未失真输出和1MHz带宽，输出SNR将为86.6dB，即20log(1V/46.5μV)。