模擬控制式和數(shù)字控制式VGA（一）可變增益放大

　　圖4：X-Amp框圖

該放大器具有優(yōu)秀的低噪聲性能，負反饋則用于精確定義其較高增益(約30至40 dB)并將失真降至最低。由于該放大器的增益是固定的，因此其交流和瞬變響應(yīng)特性也是不變的，包括失真和群延遲;由于其增益較高，因此其輸入永遠不會由超過數(shù)毫伏的電壓驅(qū)動。因此，該器件始終工作在其小信號響應(yīng)范圍內(nèi)。衰減器是一個7級(8抽頭)R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)。所有相鄰抽頭之間的電壓比都正好為2，即6.02 dB。這為實現(xiàn)精密線性dB特性奠定了基礎(chǔ)?？傮w衰減為42.14 dB。如圖所示，該放大器的輸入可以連接到這些抽頭中的任意一個，甚至可以在這些抽頭之間進行插值，而且偏差很小，只有約±0.2 dB?？傇鲆娴淖兓秶枪潭ㄔ鲆?最大值)到比最大值小42.14 dB的值。例如，在AD600中，固定增益為41.07 dB(電壓增益為113);使用此選項時，整個增益范圍為–1.07 dB至+41.07 dB。該增益與控制電壓之間的關(guān)系為GdB = 32VG + 20，其中VG的單位為伏特(V)。VG = 0時的增益經(jīng)過激光調(diào)整至絕對精度±0.2 dB。增益調(diào)整比例由片上帶隙基準電壓源(由兩個通道共享)決定，該電壓源經(jīng)過激光調(diào)整以獲得高精度和低溫度系數(shù)。圖5所示為AD600和AD602的增益與差分控制電壓之間的關(guān)系。

　　圖5：X-Amp傳遞函數(shù)

　　為了了解X-AMP?系列的工作方式，請考慮圖6所示的示意圖。請注意，八個抽頭各自均連接到八個雙極性差分對(用作由電流控制的跨導(dǎo)(gm)級)之一的一個輸入端;所有這些gm級的另一個輸入端則連接到放大器用于決定增益的反饋網(wǎng)絡(luò)RF1/RF2。當發(fā)射極偏置電流IE被送至8個晶體管對之一(此處未顯示具體方式)時，它成為完整放大器的輸入級。

　　圖6：X-Amp原理示意圖

　　當IE連接至左側(cè)的對時，信號輸入直接連接到放大器，從而產(chǎn)生最大增益。憑借良好的開環(huán)設(shè)計并輔以負反饋，使得即使在較高頻率條件下，失真也非常低。如果IE現(xiàn)在被突然切換至第二對，那么總增益會下降正好6.02 dB，而由于只有一個gm級保持有效，因此失真仍舊會很低。

　　在現(xiàn)實中，偏置電流會“逐漸”從第一對傳遞到第二對。當IE在兩個gm級之間均衡分配時，這兩個級都激活;當運算放大器中的兩個輸入級爭搶環(huán)路控制(其中一個獲得完整信號，而另一個獲得剛好一半信號)時，就會出現(xiàn)這種情況。

　　分析表明，有效增益會減少20 log1.5(即3.52 dB)，而不是大家首先預(yù)想的3 dB。在整個范圍內(nèi)均衡分配時，該誤差相當于±0.25 dB的增益紋波;不過，插值電路實際上會生成偏置電流的高斯分布，有些IE始終在相鄰級中流動。這使得增益函數(shù)更加平滑，并真正地減少紋波。隨著IE逐漸向右移動，總增益會逐漸下降。X-AMP?折合到輸入端的總噪聲為1.4 nV/Hz，僅略大于100 電阻的熱噪聲(25°C時為1.29 nV/Hz);折合到輸入端的噪聲是恒定的，而不受衰減器設(shè)置影響，因此輸出噪聲始終是恒定的且不受增益影響。

　　圖7總結(jié)了很多X-AMP系列的特性。