AD8337.doc

高性能VGA（可变增益放大器）芯片AD8337在信号采集系统中的应用日期：2008-12-3 13:31:00作者：未知来源： 引言 AD8337是美国AD(Analog Devices INC)公司推出的一种高频带宽度、低功耗、采用直流耦合的可变增益放大器该放大器的增益均可以分贝为单位线性变化，其频率可达100 MHz；带宽(-3 dB)可达250 MHz AD8337采用AD公司先进的专利电路技术和X-AMP结构，因而具有优异的增益控制特性，其增益控制范围为024 dB，同时，增益控制接口还可提供20 dBV的精确线性控制率 1 AD8337的主要特点 AD8337可广泛应用于工业和仪表领域，和同类竞争方案相比，其速度快50，尺寸小30AD8337的VGA能提供极好的直流(DC)和交流(AC)电性能其优秀的直流和高速特性使AD8337 VGA特别适合于大范围high-channel-count 工业和仪器应用，譬如PET(positron emis-sion tomography)医疗影像、工业超音波、RF(射频)测试仪器、和高性能AGC(自动增益控制)系统 AD8337的主要特点如下： 低噪声：2.2nVrtHz； 低功耗：78 mW； 器件的频带宽度范围可从低频到250 MHz(-3 dB)； 额定增益范围：024 dB (前置放大器增益为6dB)； 增益控制率：20 dBV； 直流耦合； 单端输入和输出； 电源：+5 V，2.5 V或5 V； 工作温度：-40+85； 33毫米8引脚LFCSP 2 引脚说明 AD8337的引脚排列如图1所示，各引脚的功能说明见表1所列 3 结构原理 AD8337的原理电路结构如图2所示该芯片主要由前置放大器、衰减器、偏置单元、内插器、增益控制接口和输出放大器等部分组成AD8337可以采用双电源供电和单电源供电两种形式，并可由偏置单元来完成电源可为+5 V，2.5 V或5 V AD8337的输入级是一个电流反馈前置放大器，可用来缓冲X-AMP的阶梯网络前置放大器的电压放大倍数可以通过外部电阻来设置，其给定设置是采用R1=R2=100 构成的同相放大器，放大倍数为2(即6 dB)设计时通过外部电阻的不同配置，前置放大器的放大倍数也可被设置为大于2的其它值 紧跟前置放大器的是衰减器，该电阻网络由每级衰减量为3.01 dB的8级衰减网络组成，总的衰减范围是24.08 dB，每级梯形网络以固定的分贝数衰减输人信号衰减器后边是固定增益输出放大器(18.06 dB)由于前置放大器的放大倍数可以通过外部电阻进行设置，所以AD8337的增益可根据前置放大的不同便放大倍数发生一些变化，范围为0+24 dB AD8337芯片的增益控制接口可以提供高阻抗输入，并以引脚VCOM作为参考其增益控制电压可在-0.6+0.6 V范围任意增减且无增益重叠现象增益控制率是20 dBV，其相对较低的值可以保证在GAIN输入端的噪声不会被过度地放大 4 典型应用 在高频模拟数据采集领域和实时显示的控制领域中经常会出现一些干扰信号，这些干扰信号大都是高频的、大小不定的毛刺如何将这些干扰测试出来，就需要测试电路有较宽的带宽和对输入进行增益控制AD8337正是一款通用型VGA放大器，适合于用电压对增益进行控制的应用电路 由于AD8337具有从任意低频到250 MHz的工作带宽，且电路增益与控制电压Vgain成正比；同时，VGA又是一个标准的线性增益结构的X-AMP，具有很好的动态输出范围，所以，笔者在数字示波器信号采集系统的硬件设计中，选取了AD8337来进行系统的前端信号增益调节其工作过程是：首先由探头采集信号，然后经过必要的增益预处理，再由AD转换芯片将模拟信号变为数字信号发送到AT89C51中进行处理其具体的电路连接方式如图3所示 图3中，在AT89C51单片机的控制下，探头采集到的信号由AD8337进行增益调节，以将其转变为模数转换器可转换的信号AD8337接成双电源供电的形式，8脚、6脚分别接正、负电源；增益控制端口7脚由AT89C51的P15来控制；2脚接地；探头采集到的模拟输入信号INPUT接AD8337的3脚；4、5脚则构成前置放大器电流反馈，以缓冲X-AMP的阶梯网络其中：R1=R2=100 构成的同相放大器的放大倍数为2(即6dB)AD8337的输出端VOUT连接到模数转换器的输入端 由AD8337的结构原理可知，AD8337的可变衰减器的增益范围是24 dB，紧接着它的是18 dB的固定增益放大器，再算上前置放大器的增益6dB，得出总的AD8337增益范围是0+24 dB由于AD8337的增益控制率为20 dBV，所以，在Vgain以伏特(V)为单位时，AD8337的增益运算公式如下：Gain(dB)=20VgainN+ICPT 公式中：Vgain由AT89C51的P15引脚输出决定(在-0.6+0.6 V的范围内变动)；额定ICPT为12.15dB如果前置放大器的增益增加，ICPT将相应地增加如果前置放大器的增益增加6 dB，则ICPT将由6 dB增加到18.15 dB 本设计中的模数转换器采用AD7476，它是一种低功耗12位串行输出模数转换器，由单电源+2.7+5.25 V供电，具有内置跟踪和保持功能的连续近似寄存器(SAR)架构本设计通过AT89C51的P10、P11、P12分别连接AD7476的CS、SDATA、SCLK，以控制其模数转换 5 使用注意事项 按照经验，在使用AD8337设计电路时，应注意以下几点： 设计时，将多个AD8337进行串联可得到更大的增益范围，但在级间应加滤波器来抑制噪声和畸变； R2的取值一定不能小于100 ，因为R2与内部补偿电容一起确定前置放大器的带宽(-3dB)，如果R2使用一个很小的电阻，就可能使前置放大器工作不稳定； R2增大会使前置放大器增益增加，但将使带宽减小； 由于有DC耦合增加前置放大器增益将增加偏移量； R1增大会导致输入相关噪声增大； AD8337具有低输出噪声的优点，可以驱动高速ADCs； 由于GAIN输入端采用高输入阻抗，因此，在增益控制输入端可以增加一个简单的低通滤波器来抑制干扰信号； AD8337高速输出级在驱动大电流容性负载时易受影响；这时，串联一个小电阻可以减少对电容负载的影响； AD8337是一个高频器件，因此，电路板布置至关重要其输出地应该与前置放大器增益设置电阻和VCOM引脚的地相隔离； 由于增益控制管脚为7脚，正、负电源为8脚、6脚，所以，在测量时千万要小心，一旦将控制端与供电端短路，将对芯片造成永久性损坏