AD600/AD602双通道、低噪声、宽带可变增益放大器(增益范围0dB至+40dB)技术手册

概述
AD600/AD602均为双通道、低噪声、可变增益放大器，并针对超声成像系统应用进行了优化，但同样适用于任何要求精确增益、低噪声、低失真和宽带宽的应用。每个独立通道均提供0 dB至+40 dB(AD600)/-10 dB至+30 dB(AD602)增益。AD602的增益较低，可改善输出的信噪比(SNR)。不过，两款产品均具有相同的1.4 nV/√Hz输入噪声谱密度。dB增益与控制电压成正比关系，经过精密校准，而且不随电源电压和温度而变化。
数据表：*附件：AD600 AD602双通道、低噪声、宽带可变增益放大器(增益范围0dB至+40dB)技术手册.pdf

为实现高难度的性能目标，ADI公司开发出一种专有电路形式X-AMP®。X-AMP的每个通道均含有0 dB至-42.14 dB可变衰减器，后接高速固定增益放大器。这样，放大器永远不必处理较大输入，并且还可以利用负反馈来精确定义增益和动态范围。衰减器以7级R-2R梯形网络的形式实现，具有经激光调整至±2%的100Ω输入电阻。触点之间的衰减为6.02 dB，增益控制电路提供这些触点之间的连续插值，由此便可获得以dB为单位的线性控制功能。

增益控制接口为完全差分接口，提供约15 MΩ的输入电阻以及由内部基准电压定义的32 dB/V(即31.25 mV/dB)比例因子。此接口的响应时间不到1 µs。每个通道还具有独立的选通设置，可以选择性阻止信号传输，并将直流输出电平设置在输出地电压的数毫伏范围以内。选通控制输入为TTL/CMOS兼容。

AD600的最大增益为41.07 dB，AD602的最大增益为31.07 dB；两种型号的-3 dB带宽标称值均为35 MHz，基本上与增益无关。1 V均方根输出和1 MHz噪声带宽的SNR典型值为76 dB(AD600)/86 dB(AD602)。在100 kHz至10 MHz范围内，振幅响应平坦度为±0.5 dB；超出此频率范围时，这些增益设置的群延迟变化幅度均小于±2 ns。

每个放大器通道均可以驱动100 Ω负载阻抗，且失真较低。例如，进入500 Ω负载的额定峰值输出最小值为±2.5 V；进入100 Ω负载为±1 V。对于采用5 pF分流的200 Ω负载，10 MHz、±1 V正弦输出的总谐波失真典型值为-60 dBc。

AD600J/AD602J的额定工作温度范围为0°C至70°C，采用16引脚PDIP (N)和16引脚SOIC封装。AD600A/AD602A的额定工作温度范围为-40℃至+85℃，采用16引脚CERDIP (Q)和16引脚SOIC封装。AD600S/AD602S的额定工作温度范围为-55℃至+125℃，采用16引脚CERDIP (Q)封装，符合MIL-STD-883标准。AD600S/AD602S也满足DESC SMD 5962-94572标准。

AD600 – 增益范围：0 dB至40 dB

AD602 – 增益范围：-10 dB至+30 dB

特性

• 具有独立增益控制的双通道
  以dB为单位的线性增益响应
• 两种增益范围
  AD600：0 dB至40 dB
  AD602：-10 dB至+30 dB
• 精确绝对增益：±0.3 dB
• 低输入噪声：1.4 nV/√Hz
• 低失真：-60 dBc THD(±1 V输出)
• -3 dB带宽：DC至35 MHz
• 稳定的群延迟：±2 ns
• 低功耗：每个放大器125 mW（最大值）
• 每个放大器均具有信号选通功能
• 驱动高速ADC
• 提供符合MIL-STD-883标准及DESC的版本

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

AD600和AD602具有相同的总体设计和特性。它们都由两个固定增益放大器组成，前面有一个电压控制衰减器，衰减范围为0dB至42.14dB，由独立的控制接口控制，增益缩放因子为32dB/每伏特。AD600放大器经过激光微调，增益为41.07dB（×113），控制范围为 - 1.07dB至+41.07dB（0dB至+40dB有重叠）。AD602放大器的增益为31.07dB（×35.8），控制范围为 - 11.07dB至+31.07dB（ - 10dB至+30dB有重叠）。

这种拓扑结构的优点在于放大器可以使用负反馈来提高增益精度。此外，由于放大器在输入大信号时不会饱和，因此它可以处理大信号，同时保持低失真。这种方法的一个显著特点是，小信号增益、相位响应以及脉冲响应基本上都与增益无关。

图21是单个通道的简化原理图。输入衰减器是一个7级R - 2R梯形网络，使用未微调的电阻，标称值R = 62.5Ω，这导致特性电阻为125Ω ± 20%。在输入处包含一个分流电阻，并通过激光微调100Ω ± 2%的电阻，以建立精确的输入电阻，并确保在与外部电阻或电容结合使用时，能够准确控制增益和高频转角频率。

标称最大输入信号A1HI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，但这会增加谐波失真和馈通。每个衰减器都有独立的信号LO连接，用于抑制共模模式下的电压，从而实现输入和输出的隔离。电路中包含可将电压限制在±100mV以内的元件。

施加到梯形网络输入的信号，每级衰减6.02dB；因此，各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对这些抽头点进行插值，如图21中的滑块所示，从而实现从0dB到42.14dB的连续衰减。

为了理解AD600/AD602，不妨将其看作一个机械装置，通过从左到右移动滑块来控制增益。实际上，滑块的位置由控制接口决定。增益在任何时候都能精确确定，并且自动保证dB线性关系。在实际应用中，增益与理想规律的偏差约为±0.2dB峰值。

需要注意的是，信号输入并非完全差分。A1LO、A1CM（通道1）、A2LO和A2CM（通道2）在使用接地层时提供单独的信号LO和输出接地。即使在这些连接点之间存在微小的电压差，也很重要的是A1LO和A2LO应直接连接到输入地。这些连接中的显著阻抗会降低增益精度。A1CM和A2CM应连接到负载地。

噪声性能

采用这种方法的一个重要原因是其卓越的噪声性能。内部抽头处的标称电阻为41.7Ω（125Ω的三分之一），在27℃时，其热噪声为0.84nV/√Hz（√4kTR），占总输入噪声的很大一部分。第一级放大器每√Hz贡献额外的1.12nV噪声，总输入噪声为1.4nV/√Hz。

0dB抽头处的噪声取决于输入是短路还是开路。短路时，可实现最低噪声谱密度（NSD）为1.12nV/√Hz。开路时，看向100Ω的电阻为129nV/√Hz，因此噪声增加到1.71nV/√Hz。例如，如果AD600/AD602之前有一个900Ω电阻，允许从高达±10V rms的输入进行操作，那么这种计算就很重要。然而，在大多数情况下，信号源的低阻抗限制了最大噪声电阻。