基于AD8367压控增益放大系统设计方案

一、引言

在现代电子系统中，压控增益放大器（VGA）扮演着至关重要的角色。它们能够根据输入信号的大小动态调整增益，从而优化系统的性能和稳定性。AD8367是Analog Devices（AD公司）推出的一款高性能可变增益放大器，特别适用于中频（IF）信号处理。本文将详细介绍基于AD8367的压控增益放大系统设计方案，包括主控芯片型号、设计原理、电路实现以及性能评估。

二、主控芯片型号及作用

1. 主控芯片型号

• 型号：AD8367

• 描述：AD8367是一款高性能45dB可变增益具有线性dB增益控制的放大器，设计用于在最高500MHz的中频频率下工作。

2. 在设计中的作用

AD8367在压控增益放大系统中主要承担以下作用：

• 可变增益控制：通过外部控制电压，AD8367能够平滑、单调地调整增益，从而实现精确的增益控制。

• 宽带性能：具有500MHz的3dB带宽，能够处理高频信号，适用于多种通信和信号处理应用。

• 线性度：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，保证信号质量。

• 单片闭环AGC：片上集成了律方根检波器，可以实现单片闭环自动增益控制（AGC），简化系统设计。

三、设计原理

1. 功能框图

AD8367的功能框图如图1所示，主要由可变衰减器、固定增益放大器和律方根检波器组成。

图1：AD8367功能框图

2. 可变衰减器

AD8367的输入级是总衰减量为45dB的可变衰减器，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，可由高斯内插器选择衰减因子。当衰减量不是5dB的整数倍时，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，从而实现平滑、单调的衰减特性。

3. 固定增益放大器

紧跟衰减器的是固定增益放大器，主要用于保证AD8367具有42.5dB的增益和500MHz的带宽。该放大器实际上是一个具有100GHz增益带宽积的运算放大器，因此在高频工作时仍具有良好的线性度。

4. 律方根检波器

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。在AGC应用时，该电压可以用作AGC控制电压。

四、电路实现

1. 增益控制电路设计

AD8367的增益控制电压范围是从01V。为了实现精确的增益控制，可以采用数字电位器，在其使能端加上拉电阻，控制电压输出在01V范围内。此外，为了保护放大器，可以在电压控制端加三极管控制，构成一个过载保护电路，使GAIN脚的输入电压最大不会超出1V，增强电路稳定性。

2. 阻抗匹配网络

AD8367的输入输出特征阻抗均为200Ω。若要在特征阻抗为50Ω的系统中使用AD8367，必须在输入输出端加阻抗匹配网络。一般的接收机中频带宽都比较窄，采用纯感抗和容抗元件最好。这种匹配网络的特点是插入损耗小且驻波小，但只能针对某一特定频率做窄带匹配。

3. 级联电路设计

当需要的信号增益波动范围较大时，如40~80dB，可以采用两级放大器级联的方式。中间最好加阻抗平衡网络，该网络会带来3dB的衰减。需要注意的是，除了加去耦电容电感、阻抗匹配外，还应考虑增益控制电压的分配和级联放大器的稳定性。

五、性能评估

1. 线性度

AD8367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。这表明AD8367具有良好的线性度，能够满足大多数信号处理应用的需求。

2. 噪声系数

AD8367的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7.5dB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。然而，由于电路噪声系数随增益的变化不会对系统造成明显的影响，因此AD8367仍适用于多种通信和信号处理应用。

3. 失真性能

AD8367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，其输出级是一个低输出阻抗电压缓冲器，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。这有助于减少失真并提高信号质量。

4. 自动增益控制（AGC）应用

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。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。这种配置简化了系统设计，提高了系统的稳定性和性能。

六、结论

基于AD8367的压控增益放大系统设计方案具有高性能、宽带宽、线性度好、噪声系数低以及易于实现自动增益控制等优点。通过合理的电路设计和性能评估，该系统能够满足多种通信和信号处理应用的需求。未来，随着通信技术的不断发展，基于AD8367的压控增益放大系统将在更多领域得到广泛应用。