基于AD8367的壓控增益放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　通信接收機(jī)的任務(wù)是從眾多的電波中選出有用信號(hào)，并放大到解調(diào)器所要求的電平值后再由解調(diào)器解調(diào)，將頻帶信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)。由于傳輸路徑上的損耗和多徑效應(yīng)，接收機(jī)接收到的信號(hào)是微弱且又變化的，為保證信號(hào)還原或處理結(jié)果的可靠性，在接收機(jī)中頻電路中通常都設(shè)計(jì)有自動(dòng)增益控制(AGC)功能，使射頻信號(hào)在接收機(jī)的中頻輸出穩(wěn)定在一個(gè)固定的電平上。

　　同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)的除了信號(hào)還伴隨著許多干擾，這些干擾信號(hào)強(qiáng)度往往遠(yuǎn)大于有用信號(hào)。GSMR是專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)，它是一個(gè)精確網(wǎng)絡(luò)，需要良好的信號(hào)接收，因此有必要辨別干擾并排除干擾，綜合以上兩點(diǎn)考慮，為了排除干擾，接收機(jī)首先需要中頻段信號(hào)有增益，但與通常接收機(jī)不同的是，這個(gè)增益需精確可控而非自動(dòng)控制，從而能知道信號(hào)放大倍數(shù)，以方便辨別出干擾信號(hào)。

芯片介紹

　　AD8367是高性能的45dB可變增益放大器，它是線性增益控制，工作范圍從低頻到幾百兆的高頻。由于采用AD公司最新的X-AMP結(jié)構(gòu)，增益響應(yīng)的范圍、平滑性和準(zhǔn)確度都非常理想。適合作為中頻壓控增益放大器。圖1是它的結(jié)構(gòu)圖。

　　輸入端采用9級(jí)，200 的阻抗梯型網(wǎng)絡(luò)。每一級(jí)有5dB損耗，提供總共45dB的衰減。衰減網(wǎng)絡(luò)放在42.5的固定增益反饋放大器后面。這個(gè)放大器的增益帶寬100GHz，即使在高頻也有很高的線性。100MHz時(shí)，輸 出三階截點(diǎn)是+20dBV（+27dBm,2 00 阻抗），模擬增益 控制信號(hào)輸入是20mV/dB，從50mV到950mV。增益控制分兩種模式：增益上升模式（MODE管腳高電平）和增益下降模式（MODE管腳低電平）。示意圖為圖2 。

阻抗匹配

　　AD8367的輸入輸出特征阻抗均為200歐姆。而要在特征阻抗為50 的系統(tǒng)中使用AD8367，必須在輸入輸出端口加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。一般的接收機(jī)中頻帶寬都比較窄，采用純感抗和容抗元件最好，這種匹配網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是插入損耗小且駐波小，但是只能針對(duì)某一特定頻率做窄帶匹配。圖3為140MHz時(shí)的輸入輸出阻抗匹配圖。
70MHz和10MHz時(shí)的匹配網(wǎng)絡(luò)元件值如圖4。

　　同時(shí)，兩個(gè)AD8367級(jí)聯(lián)在一起，中間最好加阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。

　　這個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來3db的衰減，通常用圖5的50歐姆平衡網(wǎng)絡(luò)。

控制電壓范圍

　　需要注意的是，除了加去耦電容電感，阻抗匹配外，AD8367的增益控制電壓范圍是從0~1V，一種方便的方法是采用數(shù)字電位器，在其使能端加上拉電阻，控制電壓輸出在0~1V。另外，為了保護(hù)放大器，在電壓控制端加三極管控制，用該三極管構(gòu)成一個(gè)過載保護(hù)電路，使5引腳GAIN電壓的輸入最大不會(huì)超出1V，以增強(qiáng)電路穩(wěn)定性。

圖6為兩級(jí)放大器級(jí)聯(lián)的電路示意圖。

增益控制調(diào)整

　　若需要的信號(hào)增益波動(dòng)范圍在40db內(nèi)，如40~80db，則只用一級(jí)電壓控制增益即可。另一個(gè)固定增益為40db。這是因?yàn)?，放大器的三階交調(diào)失真點(diǎn)是固定的，信號(hào)幅度越大，則失真的可能性就越大，因此把40db的固定放大器放在后面。前一個(gè)作為電壓控制增益放大器。

　　假如接收機(jī)輸出的信號(hào)幅度要求有確定范圍，比如在 35dbm~4dbm范圍內(nèi)波動(dòng)。則可以據(jù)此確定中頻放大的增益范圍，實(shí)驗(yàn)中設(shè)定為40~80db。再由接收的信號(hào)電平大小確定增益的轉(zhuǎn)變。下面是實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)：

當(dāng) 50P in ≤ 40dbm時(shí)， Ap=0db， 8P out ≤2dbm。
當(dāng) 60P in ≤ 50dbm時(shí)， Ap=10db， 8P out ≤2dbm。
當(dāng) 70P in ≤ 60dbm時(shí)， Ap=20db， 8P out ≤2dbm。
當(dāng) 80P in ≤ 70dbm時(shí)， Ap=30db， 8P out ≤2dbm。
當(dāng) 90P in ≤ 80dbm時(shí)， Ap=40db， 8P out ≤2dbm。
當(dāng) 105P in ≤ 90dbm時(shí)，Ap=40db， 25P out ≤ 8dbm。

線性特性與失真

　　圖7為增益下降模式時(shí)，頻率為70MHz的信號(hào)的波形圖。（a）為輸入信號(hào)圖，（b）為V GAIN =0.5V時(shí)一級(jí)輸出的信號(hào)圖，（c）為增益最大時(shí)一級(jí)放大后的信號(hào)圖。（d）為二級(jí)放大后的信號(hào)圖

　　由圖可看出，V GAIN =0.5V時(shí)，一級(jí)放大約20倍，V GAIN =0V時(shí)，一級(jí)放大約40倍，表明增益具有良好的線性度，而二級(jí)放大圖均一樣，說明已達(dá)到放大器的飽和點(diǎn)。

　　我們 用接收儀測(cè)得的數(shù)值如下：輸入 67dBm， 57dB m， 4 3dBm時(shí)，在同樣的控制電壓 V GAIN =0V的情況下，一 級(jí)輸出為 31dBm， 19dBm， 5dBm，二級(jí)輸出為5dBm，7dBm，7dBm。一級(jí)增益分別36dBm，38dBm，38dBm，表明有放大系統(tǒng)的線性特性很好。而二級(jí)輸出基本相同，在7dBm附近，說明7dBm是放大器的輸出飽和點(diǎn)。

結(jié)束語

　　本文介紹了一種基于AD8367的中頻放大系統(tǒng)，集成度高，使用方便，線性度好。它可以應(yīng)用在中頻放大需要壓控增益的接收機(jī)中，具有理想效果。