基于AD8367的自動增益控制電路分析

蔣 振，孟 進，何方敏，肖 歡，李 毅

（海軍工程大學 艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點實驗室，湖北 武漢 430033）

目前，自動增益控制（AGC）技術(shù)廣泛用于接收機上，其基本作用是壓縮輸入信號的動態(tài)范圍。由于各種發(fā)射機發(fā)射信號功率有大有小，發(fā)射機與接收機間的距離有遠有近，以及電磁波在傳播過程中的多徑效應(yīng)和衰減等原因，使得接收機接收到的有用信號強度波動范圍較大，若接收信號強度過于微弱，可能會使得某些電路（如檢波器）不能正常工作而丟失信號；若接收機接收信號強度過大，可能造成放大器的非線性失真，因而在接收機種都必須采用自動增益控制技術(shù)，用來將大動態(tài)范圍的信號調(diào)整在很小的波動范圍內(nèi)[1－4]。實現(xiàn)對信號的自動增益控制方式有多種，市場上可供選擇的集成化芯片也很多，其基本原理都是利用檢波反饋方式控制壓控放大器的放大系數(shù)，達到自動增益控制目的。本文主要分析了基于AD8367的自動增益控制電路。

1 AD8367芯片簡介

AD8367是基于ADI公司X－AMP結(jié)構(gòu)的可變增益中頻放大器，由一個9階電阻衰減網(wǎng)絡(luò)和一個固定增益放大器構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的對數(shù)線性增益控制，增益控制范圍45 dB，它既能配置應(yīng)用于外加電壓控制的傳統(tǒng)的VGA模式，同時內(nèi)部還集成了平方律檢波器，因而也可以工作于自動增益控制模式。

AD8367典型工作頻率范圍為500 MHz以內(nèi)，有兩種工作模式：正增益模式 （MODE端接高電平）和負增益模式（MODE端接低電平），模擬增益控制電壓范圍為50mV～950mV，控制靈敏度為 20mV/dB，通過增益控制端MODE可設(shè)置AGC為正增益控制模式或負增益控制模式，以配合對數(shù)放大器的特性構(gòu)成性能穩(wěn)定的負反饋AGC電路。當工作于正、負增益控制模式下，AD8367的對數(shù)增益與線性控制電壓之間的關(guān)系分別為:

正增益模式:G=50Vc－5（dB），負增益模式:

式中，G是增益，單位為dB；Vc是控制電壓，單位為伏。

2 自動增益控制電路

將 AD8367芯片的 DETO（detector output，檢波輸出）引腳和 GAIN（gain control voltage input，增益控制電壓輸入）引腳相連、將MODE引腳接地，芯片即工作于自動增益控制（AGC）模式，其外圍電路如圖1所示，等效電路如圖2所示。

檢波輸出電壓經(jīng)DETO引腳輸入到GAIN引腳來控制9階電阻網(wǎng)絡(luò)的增益，以達到自動增益控制的目的[5－7]。

2.1 AGC檢波方式分析

檢波器的內(nèi)置比較參考電壓有效值為Vref=0.354 V（峰－峰值為1 V），RC濾波器的內(nèi)置電阻R=10 kΩ，電容C可改變。檢波方式如圖3所示。

根據(jù) Vref=0.354 V，R=10 kΩ 可得 Iref=Vref/R=35.4 μA。 對于平方律檢波器檢波輸出電流：

圖1 AGC外圍電路圖Fig.1 Perimeter circuit of AGC

圖2 AGC等效原理圖Fig.2 Equivalent circuit of AGC

圖3 AGC檢波方式Fig.3 Detection of AGC

根據(jù)圖3知：I=Iref+Idet，I為比較合成輸出電流。

當沒有輸入信號，即Vo=0時，根據(jù) AD8367datasheet知Iref+Imin=－11.0 μA，所以 Imin=－11.0－Iref=－46.4 μA。 Imin為比較合成輸出電流最小值。

當 Vo=0.354 V，即 Iref+Imin=0時，有

Iref+（α/8－46.4）=0， 得 α=+88.0 μA/V2， 所以 Idet=88.0V2o－46.4（μA）。

根據(jù)負增益模式下

得增益 K=102.25－2.5Vc，所以

2.2 AGC對正弦信號的響應(yīng)分析

假設(shè)射頻輸入信號為 Vi（t）=Aicos（ωt+φ），幅度為 Ai。 對于線性放大器，忽略時延，射頻輸出信號為 Vo（t）=βVi（t）=βAicos（ωt+φ），β為放大器的放大倍數(shù)。對于基于 AD8367芯片自動增益控制電路，有 β=（－2.5，+42.5）dB。 放大倍數(shù)最小值記為βmin，放大倍數(shù)的最大值記為βmax。射頻輸入信號的幅度不同，β的取值也不同。下面分3種情況進行分析：

1）輸入信號幅度較小

當輸入信號幅度較小時，控制電壓滿足

2）輸入信號幅度足夠大

當輸入信號幅度足夠大時，控制電壓恒有Vc（t）＞0，不再存在放大倍數(shù)β（t）=βmax的常數(shù)時段。此時，射頻輸出信號近似為 Vo（t）≈0.5cos（ω+φ+θ），控制電壓為

3 實驗驗證

圖4為基于AD8367芯片的AGC電路測試PCB板，與圖1外圍電路相比，該測試板在AD8367的輸入輸出端分別添加了電阻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其對信號的衰減都約為11.5 dB。

圖4 基于AD8367芯片的AGC電路測試PCB板Fig.4 PCB testing circuit of AGC Based on AD8367

圖5 為測試該AGC電路的實驗原理框圖，通過信號源發(fā)射幅度范圍為－40～+20 dBm的頻率為10 MHz信號進入圖4所示AGC電路測試PCB板，在其輸出端接頻譜分析儀測量輸出信號幅度，并且用電壓表記錄不同功率輸入信號下AD8367芯片DETO引腳的電壓。

圖5 測試原理框圖Fig.5 Block Diagram of testing

AD8367芯片DETO引腳的電壓數(shù)據(jù)及頻譜分析儀讀取的輸出信號功率數(shù)據(jù)如圖6和圖7所示。根據(jù)前述推導(dǎo)可知此種AGC電路對信號峰值的有效處理范圍約為2.812～667 mV，在50歐姆輸入阻抗的信號源上約為－41～+6 dBm。

從圖6、圖7中可以看出，輸入信號在－30～14 dBm范圍內(nèi)時，增益控制電壓與輸入功率成線性關(guān)系、輸出近似處于恒定狀態(tài)。對于式（12）將幅度Ai轉(zhuǎn)換成50歐姆阻抗下的功率 P 帶入可得：Vc－dc=a+0.2P，a為截距，從圖 6 中可以得出，在P在－30～14 dBm范圍內(nèi)時，關(guān)系圖曲線斜率約為0.2，這與式（12）是相符的。

圖6 增益控制電壓與輸入功率關(guān)系圖Fig.6 Relationship between control voltage and input power

圖7 電路輸入輸出關(guān)系圖Fig.7 Relationship between output power and input power

由于電阻匹配網(wǎng)絡(luò)帶來11.5 dB的衰減，所以實際進入芯片Input引腳的信號在－41.5～+2.5 dBm時，電路輸出保持恒定，即電路工作在AGC狀態(tài)，這與前述推導(dǎo)結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)是相符的。

4 結(jié)束語

本文從數(shù)學角度分析了基于對數(shù)放大器AD8367的自動增益控制電路，得到了其輸入輸出關(guān)系，以及電路工作于AGC狀態(tài)時信號幅度的范圍，最后實驗驗證了本文分析的正確性。

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