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高性能VGA芯片AD8367原理及应用
yanqin | 2009-06-24 21:22:29    阅读:2634   发布文章
 

 摘要:ad8367是ad公司推出的新型vga芯片,该芯片采用单端输入、单端输出方式,可在500mhz以下的任意频率下稳定工作。文中介绍了ad8367的特点、工作原理及使用注意事项,并在此基础上给出了几种典型应用电路。

    关键词:vga;agc ;ad8367

1 主要特点

ad8367是ad公司推出的一款可变增益单端if放大器,它使用ad公司先进的x-amp结构,具有优异的增益控制特性。由于在片上集成了律方根检波器,因此,它也是全球首枚可以实现单片闭环agc的vga的芯片。该芯片带有可控制线性增益的高性能45db可变增益放大器,并可以在任意低频到500mhz的频率范围内稳定工作。

ad8367具有以下主要特点:

●单端输入、单端输出;

●输入阻抗为200ω、输出阻抗为50ω;

●3db带宽为500mhz;

●输入端为零电平时,输出端电平为电源电压的一半,且可调;

●具有增益控制特性选择和功耗关断控制功能;

●片上集成了律方根检波器,可以实现单片agc应用;

●增益控制特性以db成线性;

●可以通过外部电容将工作频率扩展到任意低频。

2 工作原理

ad8367的功能框图如图1所示,该芯片主要由可变衰减器、固定增益放大器和律方根检波器组成。它的输入级是总衰减量为45db的可变衰减器,其中包含一个200ω单端梯形电阻网络和一个高斯内插器。该电阻网络由每级衰减量为5db的9级衰减网络组成,并可由高斯内插器选择衰减因子,每级梯形网络以固定的分贝数衰减输入信号。当衰减量不是5db的整数倍时,在控制电压的作用下,相邻两个衰减节点均会导通,通过离散节点衰减的加权平均值来获得与控制电压相对应的衰减量,并以这种方式获得平滑、单调的衰减特性。它在大于40db的增益控制范围内,工作频率为200mhz时,可提供优于±0.5db的线性误差,而在400mhz时可提供优于±1db的线性误差。

紧跟衰减器的是固定增益放大器,该放大器主要用于保证ad8367具有42.5db的增益和500mhz的带宽,它实际上是一个具有100 ghz增益带宽积的运算放大器,因此,当其工作在高频时,仍具有良好的线性度。

ad8367在输出端集成了一个律方根检波器,可检测输出信号电平并与内部设置的354mvrms电平(对应于1vp-p的正弦波)相比较。当输出电平超过内部设置电平时,将产生一个差值电流。用接在deto脚和地之间的外部电容cagc(包括5pf的内建电容)对该电流进行积分可产生与接收信号强度成比例的rssi电压,这样,在agc应用时,该电压可以用作agc控制电压。

ad8367最适合工作在200ω阻抗系统,并可通过电阻或电抗无源网络来实现与其它通用阻抗系统(从射频系统的50ω到数据转换器的1kω)的转换。一般情况下,转换网络的设计选择取决于特殊的系统要求,如带宽、回损、噪声系数和绝对增益范围等。

ad8367内含无源可变衰减器和固定增益放大器,其电路噪声和失真性能均是增益和控制电压的函数,且输入折合噪声随衰减量成比例增加。电路在最大增益时具有最小为7.5 db的噪声系数,增益每降低1db,噪声系数增加1db。在接收系统中,如果接收到的信号很弱,则会有最大增益和最小噪声系数;而当接收到的信号电平较高时,系统将具有较低的增益和较大的噪声系数。因此,电路噪声系数随增益的变化不会对系统造成明显的影响。电路的失真性能与噪声性能相类似。当ad8367工作在200ω源阻抗系统时,它的输出级是一个低输出阻抗电压缓冲器,此时具有50ω阻尼电阻,可以降低对负载电抗和寄生参数的敏感性。

3 典型应用

3.1 通用vga放大器

ad8367是一款通用型vga放大器,适合于大控制范围的压控增益应用。由于其具有从任意低频到500 mhz的工作带宽,它不但可以处理高达500mhz的高频信号,而且可以通过频率扩展来适应音频系统。图2所示是ad8367在vga工作时的基本连接电路。图2中,电路增益av与控制电压vgain成正比。由于ad8367的增益控制率为50db/v,所以,在vgain以v为单位时,电路增益av可由下式计算:

av=50vgain-5

当电路的线性增益控制范围为-2.5db~42.5db时,从上式可以推算出vgain所对应的取值范围为50mv~950mv。

将电容器chp 连接到抵消信号路径dc平衡变化的内部漂移控制环,可设置信号通道的高通截止频率。在不使用该电容时,可由内部电容提供一个500khz的缺省高通截止频率。chp与高通截止频率的关系式为:

fhp=10/(chp+0.02)

式中,fhp的单位为khz,chp的单位为nf。这样,只要增大chp的值就可以将ad8367扩展应用到音频领域。

3.2 用作agc放大器

利用内部集成的精确律方根检波器,ad8367可以方便地配置成单片agc放大器,其基本连接如图3所示。ad8367用作agc放大器时,需选择反向增益控制模式。当输出信号的有效值超过354mv时,检波器将以20mv/db的比例从deto端输出与输入信号成比例的rssi电压。将该rssi电压作为agc控制电压加到增益控制端gain,便可构成控制率为20mv/db的简单单片agc放大器。当使用低于5v电源时,检波器的输出起点和比例都不会发生变化,即电源电压在2.7v~5.5v的范围内变化时,电路的agc特性能够保持不变。

按图3的连接方式,在大于35 db的输入范围内可以获得优于0.1db的控制线性度。电路的时间常数τagc可简单地由agc电容cagc设定。事实上,τagc是由agc电容cagc和10kω的片上等效电阻ragc共同作用的结果。所以,时间常数如下:

τagc=ragccagc

    需要说明的是:采用误差积分技术的agc环存在一个共同的弱点,当用一个逐渐增大的信号驱动时,agc控制电压增加会降低增益。当增益降低到它的最低值后,与输入成比例的控制电压增加将对增益不产生影响,因而将造成输入过载。实际上,用ad8367配置成的agc放大器也存在输入过载的问题。由于它的最小增益为-2.5db,因此,输入幅度超过起控点2.5db以上的输入都会造成过载,也就是说,输入信号功率超过+6.5dbm均会造成输入过载。因此,实际使用时,最好将最大输入电平控制在低于过载电平5db处,以形成一定的过载保护带。 在agc应用时,同样可以通过频带扩展应用到音频领域,当chp高至1μf时,电路便可处理频率低至10hz的音频信号。将图2中的chp、c4、cagc的取值改为1μf后即可构成一款高稳定、低失真的音频稳幅电路。

当需要的agc起控点不同于电路内部的设定值时,应使用外部检波器。利用输出端检出的直流电平经放大、分压后加到增益控制端,便可获得需要的agc起控点。

3.3 信号功率检测应用

使用律方根检波器的另一个好处是其输出作为rssi电压来反映信号功率,从而实现任何给定源阻抗的绝对功率测量。因此,ad8367还可以作为功率检测芯片来设计功率计,或者作为以分贝数读出的ac电压计。其功率检测范围为45db。如不使用图2中的增益控制,从deto端输出的rssi电压便可作为输入信号功率的检测电压。在用于输入信号功率检测时,只有当输出信号电平达到354mvrms时才有指示电压输出。

  


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