ADI實(shí)驗(yàn)室電路:穩(wěn)定閉環(huán)自動(dòng)功率控制電路

本文所述電路利用一個(gè)VGA (ADL5330) 和一個(gè)對(duì)數(shù)檢波器 (AD8318) 提供閉環(huán)自動(dòng)功率控制。由于AD8318具有較高的溫度穩(wěn)定性，而且AD8318 RF檢波器可確保ADL5330 VGA的輸出端具有同樣水平的溫度穩(wěn)定性，因此該電路在整個(gè)溫度范圍都能保持穩(wěn)定。該電路還增加了對(duì)數(shù)放大器檢波器，用來(lái)將ADL5330從開(kāi)環(huán)可變?cè)鲆娣糯笃鬓D(zhuǎn)換為閉環(huán)輸出功率控制電路。 AD8318與ADL5330一樣，具有線性dB傳遞函數(shù)，因此P對(duì)設(shè)定點(diǎn)傳遞函數(shù)也遵循線性dB特性。

圖1. ADL5330與AD8318配合在自動(dòng)增益控制環(huán)路中工作(原理示意圖：未顯示去耦和所有連接)

電路描述

雖然可變?cè)鲆娣糯笃骺商峁┚_的增益控制，但利用一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的精密調(diào)節(jié)。圖1顯示在AGC環(huán)路中工作的ADL5330。增加對(duì)數(shù)放大器AD8318后，該AGC在較寬的輸出功率控制范圍具有更高的溫度穩(wěn)定性。

ADL5330 VGA要在AGC環(huán)路中工作，必須將輸出RF的樣本反饋至檢波器(通常利用一個(gè)定向耦合器并增加衰減處理)。DAC將設(shè)定點(diǎn)電壓施加于檢波器的VSET輸入，同時(shí)將VOUT與ADL5330的GAIN引腳相連。根據(jù)檢波器的VOUT與RF輸入信號(hào)之間明確的線性dB關(guān)系，檢波器調(diào)節(jié)GAIN引腳的電壓(檢波器的VOUT引腳為誤差放大器輸出)，直到RF輸入的電平與所施加的設(shè)定點(diǎn)電壓相對(duì)應(yīng)。GAIN建立至某一值，使得檢波器的輸入信號(hào)電平與設(shè)定點(diǎn)電壓之間達(dá)到適當(dāng)平衡。

AGC環(huán)路中工作的ADL5330與AD8318的基本連接如圖 1所示。AD8318是一款 1 MHz至 8 GHz精密解調(diào)對(duì)數(shù)放大器，提供較大的檢波范圍(60 dB)，溫度穩(wěn)定性為±0.5 dB。ADL5330的增益控制引腳受AD8318的輸出引腳控制。電壓VOUT的范圍為 0 V至接近VPSx。為避免過(guò)驅(qū)恢復(fù)問(wèn)題，可以用阻性分壓器按比例縮小AD8318的輸出電壓，以便與ADL5330的 0 V至 1.4 V增益控制范圍接口。

利用一個(gè) 23 dB的耦合器/衰減器，可以讓所需的VGA最大輸出功率與AD8318線性工作范圍的上限(900 MHz時(shí)約為−5dBm)相匹配。

檢波器的誤差放大器利用以地為參考的電容引腳 CLPF 對(duì)誤差信號(hào)(電流形式)進(jìn)行積分。必須將一個(gè)電容與 CLPF 相連，用來(lái)設(shè)置環(huán)路帶寬，并確保環(huán)路穩(wěn)定性。

圖2顯示針對(duì)900MHz正弦波和-1.5dBm輸入功率，輸出功率與VSET電壓在整個(gè)溫度范圍的傳遞函數(shù)關(guān)系曲線。請(qǐng)注意，AD8318的功率控制為負(fù)向式。減小VSET相當(dāng)于要求ADL5330提供更高的信號(hào)，因此一般會(huì)提高增益(GAIN)。

圖2 ADL5330輸出功率與AD8318設(shè)定點(diǎn)電壓關(guān)系曲線，PIN=-1.5dBm

AGC環(huán)路能夠控制接近ADL5330完整60dB增益控制范圍的信號(hào)。在通常極為重要的最高功率范圍內(nèi)，其溫度性能最精確。在輸出功率的最高40dB范圍內(nèi)，整個(gè)溫度范圍的線性一致性誤差在±0.5dB范圍內(nèi)。

對(duì)數(shù)放大器所帶來(lái)的寬帶噪聲可忽略不計(jì)。

為使AGC環(huán)路保持均衡，AD8318必須跟蹤ADL5330輸出信號(hào)的包絡(luò)，并向ADL5330的增益控制輸入提供必要的電平。圖3所示為圖1中AGC環(huán)路的示波器屏幕截圖。將采用50%。AM調(diào)制的1000MHz正弦波施加于ADL5330。ADL5330的輸出信號(hào)為恒定的包絡(luò)正弦波，其振幅與AD8318的設(shè)定點(diǎn)電壓1.5V相對(duì)應(yīng)。圖中還顯示了AD8318對(duì)不斷變化的輸入包絡(luò)的增益控制響應(yīng)。[!--empirenews.page--]

圖3. 顯示AM調(diào)制輸入信號(hào)的示波器屏幕截圖

圖4顯示AGC RF輸出對(duì)VSET脈沖的響應(yīng)。當(dāng)VSET降至1V時(shí)，AGC環(huán)路以RF突發(fā)脈沖予以響應(yīng)。響應(yīng)時(shí)間和信號(hào)積分量由AD8318 CFLT引腳上的電容控制。這與積分放大器周圍的反饋電容類似。電容增加將導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢。

該電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季?、接地和去耦技術(shù)。

在ADL5330和AD8318芯片級(jí)封裝的底面，有一個(gè)裸露的壓縮焊盤，該焊盤與芯片接地內(nèi)部相連。將該焊盤焊接至印刷電路板的低阻抗接地層可確保達(dá)到額定的電氣性能，并可提供散熱功能。另外，建議利用過(guò)孔將焊盤下方所有層上的接地層拼接在一起，以降低熱阻抗。

圖4 顯示ADL5330輸出的示波器屏幕截圖

常見(jiàn)變化

該電路可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出功能(固定設(shè)定點(diǎn)、可變輸入功率)或可變功率輸出功能(可變?cè)O(shè)定點(diǎn)、固定或可變輸入功率)。 如果所需的輸出功率控制范圍較窄，可以用AD8317 (功率檢波范圍：50 dB)或 AD8319(功率檢波范圍：45 dB)代替AD8318對(duì)數(shù)放大器(功率檢波范圍：60 dB)。對(duì)于恒定輸出功率功能，最低動(dòng)態(tài)范圍檢波器(AD8319)已足夠用，因?yàn)榄h(huán)路將始終把檢波器的輸入功率伺服至恒定水平。

針對(duì)發(fā)射應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的ADL5330 VGA可以用AD8368VGA代替，后者針對(duì)最高 800 MHz的低頻接收應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，并提供 34 dB線性dB電壓控制可變?cè)鲆妗?/p>