AD604双通道、超低噪声可变增益放大器技术手册

概述
AD604是一款超低噪声、精度极高、双通道、线性dB可变增益放大器(VGA)，针对超声应用中基于时间的可变增益控制进行了优化，但同样支持任何要求低噪声、宽带宽、可变增益控制的应用。AD604的每个通道均提供300 kΩ输入电阻和单极性增益控制，使用方便。用户自定义的增益范围、增益调整比例(dB/V)和输出直流电平转换则使性能进一步得到优化。
数据表：*附件：AD604双通道、超低噪声可变增益放大器技术手册.pdf

AD604的每个通道均采用高性能前置放大器，折合到输入端的噪声电压为0.8 nV/√Hz。借助差分输入指数放大器(DSX-AMP)架构，AD604可实现精度极高的线性dB响应。每个DSX-AMP均内置6.908 dB至48.36 dB可变衰减器，后接高速固定增益放大器。该衰减器为7级R-1.5R梯形网络。

线性dB增益响应的方程式为：

G (dB) = (增益调整比例 (dB/V) × VGN (V))

• (前置放大器增益 (dB) – 19 dB)

5和10之间的前置放大器增益(14 dB和20 dB))，使每通道的总增益范围为0 dB至48 dB和6 dB至54 dB。通过旁路第二通道的前置放大器，便可以将AD604的两个通道级联起来，以提供更高的增益范围。不过，在多通道系统中，将AD604与AD60x VGA系列中不包含前置放大器的其它器件级联起来，则可以提供更有效的解决方案。AD604提供对前置放大器输出的访问，从而可以在前置放大器与差分衰减器级之间进行外部滤波。

注意，比例因子最高可达40 dB/V，但比例因子超过30 dB/V时精度会降低。比例因子为20 dB/V时，增益线性dB调整的控制电压(VGN)范围为0.4 V至2.4 V。如果高于或低于此增益控制范围，增益就会偏离理想的线性dB控制法则。0.1 V以下的增益控制区域不用于增益控制。事实上，当增益控制电压小于50 mV时，放大器通道进入省电模式，功耗为1.9 mA。

AD604采用24引脚SSOP、SOIC和PDIP封装，保证工作温度范围为−40°C至+85°C。

应用

• 超声和声纳时间增益控制
• 高性能AGC系统
• 信号测量

特性

• 最大增益时具有超低输入噪声：
  0.80 nV/√Hz，3.0 pA/√Hz
• 两个独立的线性dB通道
• 每通道可编程绝对增益范围：
  0 dB 至 48 dB (前置放大器增益 = 14 dB)
  到6 dB 至 54 dB(前置放大器增益= 20 dB)
• 增益精度：±1.0 dB
• -3 dB带宽：40 MHz
• 300 kΩ输入电阻
• 可变增益调整比例：20 dB/V至40 dB/V
• 增益不随温度和电源变化而变化
• 单端单极性增益控制
• 在增益控制下限时电源关断
• 直接驱动ADC

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

AD604是一款双通道可变增益放大器（VGA），带有超低噪声前置放大器。图37展示了其中一个通道的简化框图。每个通道的电路由一个带增益设置电阻（R5、R6和R7）的放大器，以及一个单电源X - AMP（以下简称DSX，即差分单电源X - AMP ）组成，包括以下部分：

• 精密无源衰减器（差分梯形）
• 增益控制模块
• 带电源分压电阻（R3和R4）的VOCM缓冲器
• 带增益设置电阻（R1和R2）的有源反馈放大器（AFA）。要了解有源反馈放大器拓扑结构，请参考AD830数据手册。AD830是该原理的实际应用示例。

前置放大器由±5V电源供电，而DSX使用单+5V电源。AD604的dB线性增益响应一般可由以下公式描述：

每个通道可提供0dB至54.4dB的增益，具体取决于用户确定的前置放大器增益。增益在0dB至40dB范围内与dB呈精确线性关系，而增益误差在范围的顶部和底部会增加。前置放大器的增益通常为14dB或20dB，但可设置为中间值（有关详细信息，请参阅“前置放大器”部分）。DSX的增益可在 - 14dB至+34.4dB之间变化，由增益控制电压（VGN）决定。VREF输入设置增益缩放：对于有用的增益缩放范围，VREF电压分别为2.5V和1.25V时，对应的增益缩放为20dB/V和40dB/V。例如，如果前置放大器增益设置为14dB，VREF设置为2.5V（以实现20dB/V的增益缩放），增益公式简化为：

通过将单极性增益控制（VGN）设置为其标称工作范围内的电压（0.25V至2.65V，对应20dB/V增益缩放），可实现所需增益。增益在0.1V至2.9V范围内相对于增益控制电压呈单调变化。在VGN为2.9V时可实现最大增益。

VREF和VOCM输入为两个通道共用。它们经过去耦处理，以最大程度减少通道间串扰。为实现最高的增益缩放精度，VREF应具有外部低阻抗电压源。对于低精度20dB/V应用，VREF输入可通过电容接地去耦。在此模式下，增益缩放由V+和GND之间的中点决定；因此，应注意将电源电压控制在±5V以内。看向VREF引脚的输入电阻为1kΩ ± 20%。

DSX部分的AD604是单电源电路，VOCM引脚用于确定电路此部分的中点直流电平。VOCM引脚通常仅需一个接地的外部去耦电容，以将其置于电源电压（5V，GND）之间的中点。但是，如果输出的直流电平对用户很重要（例如，对于AD9050 10位、40MSPS ADC的总谐波失真（THD）部分），则可以调整VOCM。看向VOCM引脚的输入电阻为45kΩ ± 20%。