基于可變增益放大器AD604的超聲衰減補償電路

AD604是一種低噪聲、高精度、雙通道、可變增益放大器。它具有增益的分貝數和增益控制電壓成正比的特性，特別適合于超聲儀器中的時間增益補償電路的應用。文中介紹了AD604的特點、結構和使用方法，并介紹了一種基于該芯片的超聲衰減補償的典型應用電路。

　　AD604是Analog Devices(AD公司)的產品。和同類產品相比，AD604具有超低噪聲、高精度、增益連續可調，且增益的分貝(dB)數和增益的控制電壓成正比的特點。而醫用超聲儀器的時間增益控制(TGC)電路要求其增益與控制電壓呈指數關系，也就是增益的分貝(dB)數和控制電壓成線性關系。因此，在這方面， AD604是一個理想的超聲TGC放大器，它能有效減小送入A/D轉換器的信號動態范圍。　　1 引腳功能

　　AD604采用24腳封裝，并有DIP、SSOP和SOIC三種封裝形式，其管腳排列如圖1所示。各引腳的功能說明如下：

　　PAI1/PAI2：前置放大器正輸入;

　　PAO1/PAO2：前置放大器輸出;

　　FBK1/FBK2：前置放大器反饋端;

　　COM1/COM2：信號地;當其接正電源時，前置放大器通道被關閉;

　　-DSX1/-DSX2：微分衰減器信號輸入負端;

　　+DSX1/+DSX2：微分衰減器信號輸入正端;

　　VGN1/VGN2：增益控制輸入端以及電源關閉端。接地時，該衰減通道被關閉;否則隨著正電壓的增加，增益將逐漸增加;

　　VREF：兩個通道的增益控制檔。當其電壓為+2.5V時，增益為20dB/V，而當電壓為+1.67V時，增益為30dB/V;

　　VOCM：輸出信號的共模信號控制端。用以確定這部分電路中直流信號的中值電壓;

　　OUT1/OUT2：信號輸出端;

　　VPOS/VNEG：接正/負電源;

　　GND1/GND2：接地端。

　　2 內部結構及工作原理

　　AD604是一個雙通道可變增益放大器。它的每一個通道都是由一個低噪聲前置放大器和一個可變增益放大器(XAMP)組成。同時XAMP又由一個高精度受控微分衰減器、一個增益控制單元、一個固定增益反饋放大器及一個由分立元件R3、 R4組成的VOCM共模電壓控制單元組成。其原理如圖2所示。AD604的每一個通道都可提供一個范圍為48dB的可變增益。

　　2.1前置放大器

　　AD604的每一個通道都有一個高性能的前置放大器，通過反饋回路上的一個外部電阻可將放大倍數控制在+14dB～+20dB。前置放大器的內部電路如圖3所示。其中R5、R6、R7是前置放大器的增益控制電阻。具體增益的大小可通過FBK1和PAO1之間的電阻來確定。

　　2.2微分梯形網絡(衰減器)

　　前置放大的輸出可作為指數放大器的微分輸入以獲得分貝線性的增益。這個衰減器是由一個7階的R-1.5R梯形網絡實現的。每一階的衰減為6.908dB，因此最后總的衰減為48.356dB。

　　2.3增益控制

　　AD604的線性增益控制是通過VGN端實現的。用戶可將自己需要的變化電壓輸入給VGN以獲得一個變化的增益。VGN端的輸入電阻是2MΩ。

　　為了適應不同用戶對增益的需要，AD604還提供了一個增益控制檔。通過調節VREF的輸入電壓可以調節增益的檔次：VREF電壓從2.5～1. 25V分別對應20～40dB/V的增益檔。對于20dB/V增益檔，VGN的調節范圍為0.2～1.2V;而對于40dB/V增益檔，VGN的調節范圍為0.4～2.4V。當前置放大為14dB時，可以按以下公式來計算增益數：

　　2.4固定增益放大器

　　這一級放大實際上就是由一個運算放大器組成的反饋電路。反饋放大器輸出中的一路可作為反饋輸入;另一路則作為微分器的輸入(參見圖2)。

　　這部分放大器總的增益為：G總=VOUT/VATTEN=[(R1+R2)/R2]gm1/gm2。其中，VOUT是輸出電壓，VATTEN是衰減器的讀出信號，(R1+R2)/R2=42，gm1/gm2=1.25。因此，總的增益為52.5(即34.4dB)。