高性能VGA芯片AD8367原理及應(yīng)用

    關(guān)鍵詞：VGA；AGC ；AD8367

１　主要特點(diǎn)

ＡＤ８３６７是ＡＤ公司推出的一款可變?cè)鲆鎲味耍桑品糯笃鳎褂茫粒墓鞠冗M(jìn)的Ｘ－ＡＭＰ結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的增益控制特性。由于在片上集成了律方根檢波器，因此，它也是全球首枚可以實(shí)現(xiàn)單片閉環(huán)ＡＧＣ的ＶＧＡ的芯片。該芯片帶有可控制線性增益的高性能４５ｄＢ可變?cè)鲆娣糯笃?，并可以在任意低頻到５００ＭＨｚ的頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

ＡＤ８３６７具有以下主要特點(diǎn)：

●單端輸入、單端輸出；

●輸入阻抗為２００Ω、輸出阻抗為５０Ω；

●３ｄＢ帶寬為５００ＭＨｚ；

●輸入端為零電平時(shí)，輸出端電平為電源電壓的一半，且可調(diào)；

●具有增益控制特性選擇和功耗關(guān)斷控制功能；

●片上集成了律方根檢波器，可以實(shí)現(xiàn)單片ＡＧＣ應(yīng)用；

●增益控制特性以ｄＢ成線性；

●可以通過外部電容將工作頻率擴(kuò)展到任意低頻。

２　工作原理

ＡＤ８３６７的功能框圖如圖１所示，該芯片主要由可變衰減器、固定增益放大器和律方根檢波器組成。它的輸入級(jí)是總衰減量為４５ｄＢ的可變衰減器，其中包含一個(gè)２００Ω單端梯形電阻網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)高斯內(nèi)插器。該電阻網(wǎng)絡(luò)由每級(jí)衰減量為５ｄＢ的９級(jí)衰減網(wǎng)絡(luò)組成，并可由高斯內(nèi)插器選擇衰減因子，每級(jí)梯形網(wǎng)絡(luò)以固定的分貝數(shù)衰減輸入信號(hào)。當(dāng)衰減量不是５ｄＢ的整數(shù)倍時(shí)，在控制電壓的作用下，相鄰兩個(gè)衰減節(jié)點(diǎn)均會(huì)導(dǎo)通，通過離散節(jié)點(diǎn)衰減的加權(quán)平均值來獲得與控制電壓相對(duì)應(yīng)的衰減量，并以這種方式獲得平滑、單調(diào)的衰減特性。它在大于４０ｄＢ的增益控制范圍內(nèi)，工作頻率為２００ＭＨｚ時(shí)，可提供優(yōu)于±０．５ｄＢ的線性誤差，而在４００ＭＨｚ時(shí)可提供優(yōu)于±１ｄＢ的線性誤差。

緊跟衰減器的是固定增益放大器，該放大器主要用于保證ＡＤ８３６７具有４２．５ｄＢ的增益和５００ＭＨｚ的帶寬，它實(shí)際上是一個(gè)具有１００ ＧＨｚ增益帶寬積的運(yùn)算放大器，因此,當(dāng)其工作在高頻時(shí)，仍具有良好的線性度。

ＡＤ８３６７在輸出端集成了一個(gè)律方根檢波器，可檢測輸出信號(hào)電平并與內(nèi)部設(shè)置的３５４ｍＶｒｍｓ電平（對(duì)應(yīng)于１Ｖｐ－ｐ的正弦波）相比較。當(dāng)輸出電平超過內(nèi)部設(shè)置電平時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)差值電流。用接在ＤＥＴＯ腳和地之間的外部電容ＣＡＧＣ（包括５ｐＦ的內(nèi)建電容）對(duì)該電流進(jìn)行積分可產(chǎn)生與接收信號(hào)強(qiáng)度成比例的ＲＳＳＩ電壓，這樣，在ＡＧＣ應(yīng)用時(shí)，該電壓可以用作ＡＧＣ控制電壓。

ＡＤ８３６７最適合工作在２００Ω阻抗系統(tǒng)，并可通過電阻或電抗無源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)與其它通用阻抗系統(tǒng)(從射頻系統(tǒng)的５０Ω到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的１ｋΩ)的轉(zhuǎn)換。一般情況下，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)選擇取決于特殊的系統(tǒng)要求，如帶寬、回?fù)p、噪聲系數(shù)和絕對(duì)增益范圍等。

ＡＤ８３６７內(nèi)含無源可變衰減器和固定增益放大器，其電路噪聲和失真性能均是增益和控制電壓的函數(shù)，且輸入折合噪聲隨衰減量成比例增加。電路在最大增益時(shí)具有最小為７．５ ｄＢ的噪聲系數(shù)，增益每降低１ｄＢ，噪聲系數(shù)增加１ｄＢ。在接收系統(tǒng)中，如果接收到的信號(hào)很弱，則會(huì)有最大增益和最小噪聲系數(shù)；而當(dāng)接收到的信號(hào)電平較高時(shí)，系統(tǒng)將具有較低的增益和較大的噪聲系數(shù)。因此，電路噪聲系數(shù)隨增益的變化不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成明顯的影響。電路的失真性能與噪聲性能相類似。當(dāng)ＡＤ８３６７工作在２００Ω源阻抗系統(tǒng)時(shí)，它的輸出級(jí)是一個(gè)低輸出阻抗電壓緩沖器，此時(shí)具有５０Ω阻尼電阻，可以降低對(duì)負(fù)載電抗和寄生參數(shù)的敏感性。

３　典型應(yīng)用

３．１ 通用ＶＧＡ放大器

ＡＤ８３６７是一款通用型ＶＧＡ放大器，適合于大控制范圍的壓控增益應(yīng)用。由于其具有從任意低頻到５００ ＭＨｚ的工作帶寬，它不但可以處理高達(dá)５００ＭＨｚ的高頻信號(hào)，而且可以通過頻率擴(kuò)展來適應(yīng)音頻系統(tǒng)。圖２所示是ＡＤ８３６７在ＶＧＡ工作時(shí)的基本連接電路。圖２中，電路增益ＡＶ與控制電壓ＶＧＡＩＮ成正比。由于ＡＤ８３６７的增益控制率為５０ｄＢ／Ｖ，所以，在ＶＧＡＩＮ以Ｖ為單位時(shí)，電路增益ＡＶ可由下式計(jì)算：

ＡＶ＝５０ＶＧＡＩＮ－５

當(dāng)電路的線性增益控制范圍為－２．５ｄＢ～４２．５ｄＢ時(shí)，從上式可以推算出ＶＧＡＩＮ所對(duì)應(yīng)的取值范圍為５０ｍＶ～９５０ｍＶ。

將電容器ＣＨＰ 連接到抵消信號(hào)路徑ｄｃ平衡變化的內(nèi)部漂移控制環(huán)，可設(shè)置信號(hào)通道的高通截止頻率。在不使用該電容時(shí)，可由內(nèi)部電容提供一個(gè)５００ｋＨｚ的缺省高通截止頻率。ＣＨＰ與高通截止頻率的關(guān)系式為：

ｆＨＰ＝１０／(ＣＨＰ＋０.０２)

式中，ｆＨＰ的單位為ｋＨｚ，ＣＨＰ的單位為ｎＦ。這樣，只要增大ＣＨＰ的值就可以將ＡＤ８３６７擴(kuò)展應(yīng)用到音頻領(lǐng)域。

３．２ 用作ＡＧＣ放大器

利用內(nèi)部集成的精確律方根檢波器，ＡＤ８３６７可以方便地配置成單片ＡＧＣ放大器，其基本連接如圖３所示。ＡＤ８３６７用作ＡＧＣ放大器時(shí)，需選擇反向增益控制模式。當(dāng)輸出信號(hào)的有效值超過３５４ｍＶ時(shí)，檢波器將以２０ｍＶ／ｄＢ的比例從ＤＥＴＯ端輸出與輸入信號(hào)成比例的ＲＳＳＩ電壓。將該ＲＳＳＩ電壓作為ＡＧＣ控制電壓加到增益控制端ＧＡＩＮ，便可構(gòu)成控制率為２０ｍＶ／ｄＢ的簡單單片ＡＧＣ放大器。當(dāng)使用低于５Ｖ電源時(shí)，檢波器的輸出起點(diǎn)和比例都不會(huì)發(fā)生變化，即電源電壓在２．７Ｖ～５．５Ｖ的范圍內(nèi)變化時(shí)，電路的ＡＧＣ特性能夠保持不變。

按圖３的連接方式，在大于３５ ｄＢ的輸入范圍內(nèi)可以獲得優(yōu)于０．１ｄＢ的控制線性度。電路的時(shí)間常數(shù)τＡＧＣ可簡單地由ＡＧＣ電容ＣＡＧＣ設(shè)定。事實(shí)上，τＡＧＣ是由ＡＧＣ電容ＣＡＧＣ和１０ｋΩ的片上等效電阻ＲＡＧＣ共同作用的結(jié)果。所以，時(shí)間常數(shù)如下：

τＡＧＣ＝ＲＡＧＣＣＡＧＣ

    需要說明的是：采用誤差積分技術(shù)的ＡＧＣ環(huán)存在一個(gè)共同的弱點(diǎn)，當(dāng)用一個(gè)逐漸增大的信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，ＡＧＣ控制電壓增加會(huì)降低增益。當(dāng)增益降低到它的最低值后，與輸入成比例的控制電壓增加將對(duì)增益不產(chǎn)生影響，因而將造成輸入過載。實(shí)際上，用ＡＤ８３６７配置成的ＡＧＣ放大器也存在輸入過載的問題。由于它的最小增益為－２．５ｄＢ，因此，輸入幅度超過起控點(diǎn)２．５ｄＢ以上的輸入都會(huì)造成過載，也就是說，輸入信號(hào)功率超過＋６．５ｄＢｍ均會(huì)造成輸入過載。因此，實(shí)際使用時(shí)，最好將最大輸入電平控制在低于過載電平５ｄＢ處，以形成一定的過載保護(hù)帶。 在ＡＧＣ應(yīng)用時(shí)，同樣可以通過頻帶擴(kuò)展應(yīng)用到音頻領(lǐng)域，當(dāng)ＣＨＰ高至１μＦ時(shí)，電路便可處理頻率低至１０Ｈｚ的音頻信號(hào)。將圖２中的ＣＨＰ、Ｃ４、ＣＡＧＣ的取值改為１μＦ后即可構(gòu)成一款高穩(wěn)定、低失真的音頻穩(wěn)幅電路。

當(dāng)需要的ＡＧＣ起控點(diǎn)不同于電路內(nèi)部的設(shè)定值時(shí)，應(yīng)使用外部檢波器。利用輸出端檢出的直流電平經(jīng)放大、分壓后加到增益控制端，便可獲得需要的ＡＧＣ起控點(diǎn)。

３．３ 信號(hào)功率檢測應(yīng)用

使用律方根檢波器的另一個(gè)好處是其輸出作為ＲＳＳＩ電壓來反映信號(hào)功率，從而實(shí)現(xiàn)任何給定源阻抗的絕對(duì)功率測量。因此，ＡＤ８３６７還可以作為功率檢測芯片來設(shè)計(jì)功率計(jì)，或者作為以分貝數(shù)讀出的ａｃ電壓計(jì)。其功率檢測范圍為４５ｄＢ。如不使用圖２中的增益控制，從ＤＥＴＯ端輸出的ＲＳＳＩ電壓便可作為輸入信號(hào)功率的檢測電壓。在用于輸入信號(hào)功率檢測時(shí)，只有當(dāng)輸出信號(hào)電平達(dá)到３５４ｍＶｒｍｓ時(shí)才有指示電壓輸出。