基于AD8367的自动增益控制电路分析

1、基于AD8367的自动增益限制电路分析摘要：简要介绍了 ADI公司的对数放大器AD8367的特性以及利用AD8367实现 自动增益限制AGC,通过建立简化的等效原理图分析了该AGC电路的数学特性,得 到该电路的输入输出关系,以及实现自动增益限制时的输入信号幅度的范围.实验 验证了该分析的正确性.目前,自动增益限制AGC技术广泛用于接收机上,其根本作用是压缩输入信号 的动态范围.由于各种发射机发射信号功率有大有小,发射机与接收机间的距离有 远有近,以及电磁波在传播过程中的多径效应和衰减等原因,使得接收机接收到的有 用信号强度波动范围较大,假设接收信号强度过于微弱,可能会使得某些电路如检波 器不能

2、正常工作而丧失信号;假设接收机接收信号强度过大,可能造成放大器的非线 性失真,因而在接收机种都必须采用自动增益限制技术,用来将大动态范围的信号调 整在很小的波动范围内.实现对信号的自动增益限制方式有多种,市场上可供选择 的集成化芯片也很多,其根本原理都是利用检波反应方式限制压控放大器的放大系 数,到达自动增益限制目的.本文主要分析了基于AD8367的自动增益限制电路.1 AD8367芯片简介AD8367是基于ADI公司XAMP结构的可变增益中频放大器,由一个9阶电阻衰减网络和一个固定增益放大器构成,能够实现精确的对 数线性增益限制,增益限制范围45 dB,它既能配置应用于外加电压限制的传统的

3、VGA模式,同时内部还集成了平方律检波器,因而也可以工作于自动增益限制模式.AD8367典型工作频率范围为500 MHz以内,有两种工作模式:正增益模式 MODE端接高电平和负增益模式MODE端接低电平,模拟增益限制电压范围为 50mV950mV,限制灵敏度为20mV/dB,通过增益限制端MODE可设置AGC为正增益控 制模式或负增益限制模式,以配合对数放大器的特性构成性能稳定的负反应AGC电路.当工作于正、负增益限制模式下,AD8367的对数增益与线性限制电压之间的关 系分别为：正增益模式:G=50Vc-5(dB),负增益模式：G=45-50Vc(dB)式中,G是增益,单位为dR;Vc是限制

4、电压,单位为伏.2自动增益限制电路将 AD8367 芯片的 DETO (detector output,检波输出)引脚和 GAIN (gain control voltage input,增益限制电压输入)引脚相连、将MODE引脚接地,芯片即 工作于自动增益限制(AGC)模式,其外围电路如图1所示,等效电路如图2所示.检波输出电压经DETO引脚输入到GAIN引脚来限制9阶电阻网络的增益,以达 到自动增益限制的目的.2. 1 AGC检波方式分析检波器的内置比拟参考电压有效值为Vref=0.354 V(峰-峰值为1 V),RC滤波 器的内置电阻R=10 kQ,电容C可改变.检波方式如图3所示.根据

5、 Vref=0. 354 V, R=10 k.可得 Iref二Vref/R=35. 4 u A.对于平方律检波 器检波输出电流：2.2 AGC对正弦信号的响应分析假设射频输入信号为Vi (t)=Aicos (31+ 6),幅度为Aio对于线性放大器,忽 略时延,射频输出信号为Vo(t) = P Vi (t) = P Aicos (w t+ 4>), B为放大器的放大倍数.对于基于AD8367芯片自动增益限制电路,有3= (-2. 5,+42. 5)dB°放大倍数最小 值记为P min,放大倍数的最大值记为8 max.射频输入信号的幅度不同,P的取值 也不同.下面分3种情况进行分

6、析：1) 输入信号幅度较小当输入信号幅度较小时,限制电压满足2) 输入信号幅度足够大当输入信号幅度足够大时,限制电压恒有Vc(t)>0,不再存在放大倍数P (t) = Pmax的常数时段.此时,射频输出信号近似为Vo(t)Q0.5cos(3 + 4)+0), 限制电压为假设信号频率较高,限制电压中Vc (t)的交流分量较小,AGC放大器近似为线 性,射频输出信号近似为Vo (t) X. 5cos ( 31+.+ 0 ),那么限制电压3) 输入信号幅度很大3实验验证图4为基于AD8367芯片的AGC电路测试PCB板,与图1外围电路相比,该测试 板在AD8367的输入输出端分别添加了电阻阻抗

7、匹配网络,其对信号的衰减都约为 11.5 dBo图5为测试该AGC电路的实验原理框图,通过信号源发射幅度范围为-40+20 dBm的频率为10 MHz信号进入图4所示AGC电路测试PCB板,在其输出端接频谱分 析仪测量输出信号幅度,并且用电压表记录不同功率输入信号下AD8367芯片DETO引脚的电压.AD8367芯片DETO引脚的电压数据及频谱分析仪读取的输出信号功率数据如 图6和图7所示.根据前述推导可知此种AGC电路对信号峰值的有效处理范围约为 2. 812667 mV,在50欧姆输入阻抗的信号源上约为-41+6 dBm.从图6、图7中可以看出,输入信号在-3014 dBm范围内时,增益限制电压与 输入功率成线性关系、输出近似处于恒定状态.对于式(12)将幅度Ai转换成50欧 姆阻抗下的功率P带入可得:Vc- dc=a+0. 2P, a为截距,从图6中可以得出,在P在-3014 dBm 范围内时,关系图曲线斜率约为0. 2,这与式(12)是相符的.由于电阻匹配网络带来11. 5 dB的衰减,所以实际进入芯片Input引脚的信号 在-41. 5+2. 5 dBm时,电路输出保持恒定