基于AD8367的壓控增益放大系統設計

引言

　　通信接收機的任務是從眾多的電波中選出有用信號，并放大到解調器所要求的電平值后再由解調器解調，將頻帶信號變為基帶信號。由于傳輸路徑上的損耗和多徑效應，接收機接收到的信號是微弱且又變化的，為保證信號還原或處理結果的可靠性，在接收機中頻電路中通常都設計有自動增益控制(AGC)功能，使射頻信號在接收機的中頻輸出穩定在一個固定的電平上。

　　同時進入接收機的除了信號還伴隨著許多干擾，這些干擾信號強度往往遠大于有用信號。GSMR是專門為滿足鐵路應用而開發的數字式的無線通信系統，它是一個精確網絡，需要良好的信號接收，因此有必要辨別干擾并排除干擾，綜合以上兩點考慮，為了排除干擾，接收機首先需要中頻段信號有增益，但與通常接收機不同的是，這個增益需精確可控而非自動控制，從而能知道信號放大倍數，以方便辨別出干擾信號。

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結構，增益響應的范圍、平滑性和準確度都非常理想。適合作為中頻壓控增益放大器。圖1是它的結構圖。

　　輸入端采用9級，200 的阻抗梯型網絡。每一級有5dB損耗，提供總共45dB的衰減。衰減網絡放在42.5的固定增益反饋放大器后面。這個放大器的增益帶寬100GHz，即使在高頻也有很高的線性。100MHz時，輸 出三階截點是+20dBV（+27dBm,2 00 阻抗），模擬增益 控制信號輸入是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 的系統中使用AD8367，必須在輸入輸出端口加阻抗匹配網絡。一般的接收機中頻帶寬都比較窄，采用純感抗和容抗元件最好，這種匹配網絡的特點是插入損耗小且駐波小，但是只能針對某一特定頻率做窄帶匹配。圖3為140MHz時的輸入輸出阻抗匹配圖。
70MHz和10MHz時的匹配網絡元件值如圖4。

　　同時，兩個AD8367級聯在一起，中間最好加阻抗平衡網絡。

　　這個網絡會帶來3db的衰減，通常用圖5的50歐姆平衡網絡。

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，為了保護放大器，在電壓控制端加三極管控制，用該三極管構成一個過載保護電路，使5引腳GAIN電壓的輸入最大不會超出1V，以增強電路穩定性。

圖6為兩級放大器級聯的電路示意圖。

增益控制調整

　　若需要的信號增益波動范圍在40db內，如40~80db，則只用一級電壓控制增益即可。另一個固定增益為40db。這是因為，放大器的三階交調失真點是固定的，信號幅度越大，則失真的可能性就越大，因此把40db的固定放大器放在后面。前一個作為電壓控制增益放大器。

　　假如接收機輸出的信號幅度要求有確定范圍，比如在 35dbm~4dbm范圍內波動。則可以據此確定中頻放大的增益范圍，實驗中設定為40~80db。再由接收的信號電平大小確定增益的轉變。下面是實測得到的數據：

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

線性特性與失真

　　圖7為增益下降模式時，頻率為70MHz的信號的波形圖。（a）為輸入信號圖，（b）為V GAIN =0.5V時一級輸出的信號圖，（c）為增益最大時一級放大后的信號圖。（d）為二級放大后的信號圖

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

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

結束語

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