圖1.典型的可變?cè)鲆婕軜?gòu)。

各種架構(gòu)通常用于提供連續(xù)和離散可變?cè)鲆婵刂啤Ｗ詣?dòng)增益控制等應(yīng)用通常需要連續(xù)模擬增益控制。最直接的設(shè)計(jì)采用模擬乘法器，后接固定增益緩沖放大器。此類設(shè)計(jì)通常涉及需要校準(zhǔn)的非線性增益控制功能。此外，乘法器內(nèi)核還受到溫度和電源電壓依賴性的影響，這可能導(dǎo)致增益律精度和穩(wěn)定性較差，以及不可接受的高頻增益變化。使用前置放大器/衰減器/后置放大器架構(gòu)的設(shè)計(jì)可以提供低噪聲操作和良好的帶寬，但往往具有相當(dāng)?shù)偷妮斎肴A交調(diào)截點(diǎn)（IIP3），限制了它們?cè)诟邉?dòng)態(tài)范圍接收器中執(zhí)行的能力。

另一類解決方案利用電壓可變衰減器，然后是固定增益后放大。VVA可以提供以dB為單位的線性衰減傳遞函數(shù)，但通常需要級(jí)聯(lián)多個(gè)VVA以提供足夠的衰減范圍。級(jí)聯(lián)導(dǎo)致對(duì)衰減傳遞函數(shù)變化的敏感性增加。有時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，以緩沖VVA負(fù)載效應(yīng)的信號(hào)源，并降低衰減器對(duì)噪聲系數(shù)的影響。產(chǎn)生低噪聲系數(shù)所需的高增益導(dǎo)致輸入三階截點(diǎn)降低。

圖2.AD8367 X放大器VGA的結(jié)構(gòu)

AD8367 X-AMP VGA，內(nèi)置AGC

X-AMP架構(gòu)起源于十年前的ADI公司AD600和AD602（Analog Dialogue 26-2，1992），允許線性dB增益控制功能，基本上與溫度無關(guān)。它包括一個(gè)電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，以及一個(gè)高度線性的放大器和插值器級(jí)，以提供連續(xù)的線性dB增益控制功能。AD8367（圖2）是最新一代的X-AMP VGA。其設(shè)計(jì)采用新的超快速互補(bǔ)雙極性工藝（XFCB2.0），可提供數(shù)百M(fèi)Hz的中等增益，并在比傳統(tǒng)半導(dǎo)體加工更高的頻率下改善線性度。

如圖2所示，輸入信號(hào)施加到以地為參考的9級(jí)R-nR電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)用于在抽頭點(diǎn)之間產(chǎn)生5 dB步長的衰減。平滑增益控制是通過檢測(cè)具有可變跨導(dǎo)（gm） 階段。根據(jù)增益控制電壓，插值器選擇哪些級(jí)處于活動(dòng)狀態(tài)。例如，如果第一級(jí)處于活動(dòng)狀態(tài)，則檢測(cè)0 dB抽頭點(diǎn);如果最后一級(jí)處于活動(dòng)狀態(tài)，則感測(cè) 45dB 點(diǎn)。落在抽頭點(diǎn)之間的衰減水平是通過相鄰的gm級(jí)同時(shí)激活，創(chuàng)建離散抽頭點(diǎn)衰減的加權(quán)平均值。通過這種方式，合成了平滑、單調(diào)、線性dB衰減函數(shù)，具有非常精確的縮放。理想的線性dB傳遞函數(shù)可以表示為：

1其中

MY是增益標(biāo)度（斜率），通常以dB/V表示，通常為50 dB/V（或20 mV/dB）

BZ是以 dB 為單位的增益截距，通常為 –5 dB，外推增益V獲得= 0 V。

V獲得 是增益控制電壓

AD8367的基本連接輪廓、增益?zhèn)鬟f函數(shù)和典型增益誤差模式如圖3所示，顯示了增益控制電壓范圍為50 mV ≤ V的增益?zhèn)鬟f函數(shù)斜率為5 dB/V和–50 dB截距獲得≤ 950mV.該器件允許通過 MODE 引腳的簡(jiǎn)單引腳帶反轉(zhuǎn)增益斜率。反增益模式在自動(dòng)增益控制（AGC）應(yīng)用中非常方便，其中增益控制功能來自誤差積分器，該誤差積分器將檢測(cè)到的輸出功率與預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)電平進(jìn)行比較。片上集成的平方律檢波器和誤差積分器允許該器件用作獨(dú)立的AGC子系統(tǒng)。

圖3.AD8367基本VGA應(yīng)用電路和增益控制傳遞函數(shù)，顯示了不同溫度下的典型誤差。

典型的獨(dú)立AGC電路及其對(duì)4 dB輸入電壓階躍的時(shí)域響應(yīng)如圖10所示。在本例中，信號(hào)輸入為 70 MHz 正弦波，其輸入在 –17 至 –7 dBm（稱為 200 歐姆）范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)制。輸出信號(hào)功率由內(nèi)部平方律檢波器以電壓形式測(cè)量，并與內(nèi)部354 mV rms基準(zhǔn)進(jìn)行比較。檢波器的輸出是電流，使用外部電容器C進(jìn)行積分AGC.C兩端產(chǎn)生的電壓AGC電容驅(qū)動(dòng)GAIN引腳以降低或增加增益。當(dāng)輸出信號(hào)電平的均方根值等于內(nèi)部354 mV基準(zhǔn)電壓源時(shí)，環(huán)路穩(wěn)定。當(dāng)輸入信號(hào)小于 354mV rms 時(shí)，DETO 引腳吸收電流，從而降低 GAIN 引腳上的電壓。當(dāng)輸入信號(hào)增加到354 mV rms以上時(shí)，DETO引腳會(huì)源出電流，導(dǎo)致GAIN引腳上的電壓增加。本應(yīng)用需要反向增益模式，以確保當(dāng)輸入信號(hào)的均方根值超過內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)增益降低。施加到GAIN引腳的所得電壓VAGC，可用作接收信號(hào)強(qiáng)度指示 （RSSI），表示輸入信號(hào)強(qiáng)度與 354mV rms 基準(zhǔn)電壓源的比較。對(duì)于正弦波形，對(duì)于 1 歐姆負(fù)載，這會(huì)產(chǎn)生 200V p-p 輸出信號(hào)。

圖4.AD8367基本AGC應(yīng)用電路和70 MHz時(shí)的時(shí)域響應(yīng)

信號(hào)鏈分析

現(xiàn)代超外差架構(gòu)如圖5所示。AD8367用于接收（Rx）路徑，可隨著RF信號(hào)電平的變化自適應(yīng)調(diào)整接收器總增益。在發(fā)射（Tx）路徑中，AD8367與RF功率檢波器配合使用，以保持所需的輸出功率電平。

圖5.使用VGA進(jìn)行中頻電平控制的超外差架構(gòu)。VGA用于中頻級(jí)，以自適應(yīng)地調(diào)整接收器的整體靈敏度并控制發(fā)射功率水平。

考慮到接收路徑，可以使用信號(hào)路徑預(yù)算分析來評(píng)估整體靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。在本例中，選擇PCS-CDMA信號(hào)，使用1 MHz噪聲帶寬。從AD8367 IF VGA的輸出反向工作，可以分析輸入靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。圖6顯示了從接收器輸入到IF VGA輸出的詳細(xì)預(yù)算分析。

圖6.具有 1900 MHz 中頻的 70 MHz CDMA 的接收路徑預(yù)算分析。

在上面的示例中，AD8367在I&Q解調(diào)器之前控制接收信號(hào)電平。AD8367是VGA的一個(gè)示例，它采用可變衰減，后接增益后放大器。這種類型的VGA基本上將表現(xiàn)出恒定的OIP3和隨增益設(shè)置而變化的噪聲系數(shù)。AD8367在最大增益下提供最小噪聲系數(shù)，在最小增益下提供最大輸入三階交調(diào)截點(diǎn)。這種獨(dú)特的組合允許根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)控制接收器的靈敏度和輸入線性度。

AD8367的額定溫度范圍為–40至+85°C，采用14引腳薄型小外形封裝（TSSOP）。它采用 3 至 5 V 單電源供電。該器件的工作帶寬為 3 MHz，為 –500dB;其數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了常見中頻頻率（如 70 MHz、140 MHz、190 MHz 和 240 MHz）的詳細(xì)規(guī)格。

審核編輯：郭婷