两级AD8367级联下搭建AGC的PCB验证板自激的问题分析

1、两级AD8367级联下搭建AGC的PCB验证板自激的问题分析 求助解决办法 -ydx一、电路结构原理本电路的设计思路是采用ADI公司的具有内置AGC检波器、带宽500MHz、dB线性的VGA电路AD8367两级级联的电路结构来实现一个大动态范围的AGC电路，如下图1所示。 图1、两级级联的AD8367实现AGC的电路原理图 由上图电路结构可知，第一级的AD8367工作于VGA模式，第二级AD8367工作于AGC模式，第二级的AD8367的检波信号DETO反馈到两级AD8367的增益控制端口GAIN，从而完成整个环路的自动增益控制（AGC）功能。 本电路的主要设计指标：（本电路工作于50系统）

2、工作带宽：10MHz200MHz 动态范围：>70dB功率增益：>60dB。由AD8367的产品手册我们知道这款电路适用于200系统，但AD8367的实际输入阻抗为200，输出阻抗为50（如果用于200系统，是不是意味着输出阻抗不匹配？为什么又号称适用于200系统，迷惑1？）。考虑到这些及工作带宽10MHz310MHz，因此处于级间匹配的缘故，在图1的两级中间设计了纯电阻的匹配网络（按照AD8367输出阻抗50、输入阻抗200来匹配），（LC匹配不适用于宽带匹配）如下图2所示，图中第一个虚线框内源阻抗(Rs)50代表AD8367的输出电阻，第二个虚线框内负载阻抗(RL)200代表A

3、D8367的输入电阻，信号经过这个电阻网络有约11.5dB的衰减。（这里级间匹配没有按照号称AD8367输入阻抗200、输出阻抗200来做匹配，如果认为AD8367输入阻抗和输出阻抗均为200，是否意味着可以直接级联呢？在实际测试中直接级联情况下的参数参数很差，动态范围减小了很多，关闭信号源后电路也出现自激，迷惑2？）。图2、两级AD8367之间的宽带匹配网络又考虑到本电路工作于50系统，所以再输入及输出端也应增加匹配网络（图1中输入和输出匹配网络没有给出），考虑到宽带，也设计为纯电阻匹配网络。有前面介绍的匹配玩过可知： 输入端的匹配网络结构也即为图2所示（有源阻抗的50变换到200）；输出端

4、就没有设计匹配网络，原因也如前面所述，即认为AD8367的输出阻抗为50而非200，所以就认为不需要在进行阻抗匹配。2、PCB验证的设计及测试2.1、PCB验证板叠层与端口设计本电路的PCB验证板为四层板，板材为罗杰斯4350B，整个验证板的面积约为50mm×30mm，为了保证信号的隔离性，输入和输出端口的位置设计为对角，从顶层到底层的叠层顺序为S-G-S-P，为保证接地和电源良好，采用单独的地层和电源层，焊接后的验证板如下图3所示。信号线宽大部分为14mil，线宽设计未考虑到特征阻抗匹配。 图3、两级AD8367级联的AGC电路PCB验证板考虑到和单级AD8367的AGC电路特性对

5、比测试，也同时设计了单级AD8367的AGC电路验证板，如下图4所示。图4、单级AD8367的AGC电路PCB验证板2.2、PCB验证板的测试由于本电路设计的工作频率范围为10MHz200MHz，属于宽带。所以，在下面电路中所做的匹配不能设计插损较小的LC匹配网络，而是设计为纯电阻网络的宽带匹配。 单级AGC电路（AD8367）电路工作于50系统，在50系统下进行测试（下面所有测试也均为在50系统下完成的）输入采用AD8367产品手册中推荐的匹配网络，这个网络有11.5dB的衰减量；为了得到较大输出信号幅度，输出没有纯电阻的匹配网络，而是经电容C9后交流耦合输出。PCB测试验证板对应前面的图4

6、所示。图5、单级AD8367构成AGC电路原理图表1 单级测试结果频率输入电平动态范围输出电平说明20MHz-30dBm10dBm40dB3.67dBm4.50dBm测试时设定信号源最大输出功率为10dBm60MHz-30dBm10dBm40dB3.83dBm4.33dBm100MHz-30dBm10dBm40dB3.83dBm4.33dBm再来看一下不加信号下单级AGC的6.5GHz带宽内的频率图，如下图6所示，由图6可以看到有个238MHz的频率点幅度较多且不是连续出现（时有时无），其它频率点较为平坦，此时简单判断认为单级的AGC没有出现自激。图6、关闭输入信号下6.5GHz带宽内的单级A

7、GC的频谱图为了验证输入匹配网络对单级AGC频率响应是否有影响以及影响到底有多大，在前面的图4的验证板上去掉输入匹配网络（即是57.6和174两个电阻组成的网路），同样条件下关掉输入信号，得到如下图7的频谱图，可见此时板子已经出现自激。可见，对于单级AGC电路（AD8367）来说，输入匹配网络很重要。图7、去掉输入匹配网络，关闭输入信号下6.5GHz带宽内的单级AGC的频谱图两级AGC电路(两个AD8367级联)第一种情况：（输入级和两级之间加纯电阻宽带匹配网络）电路连接图及匹配网络（虚线框）如下图8所示，输入级不做匹配网络直接经过电容C1交流耦合输入，两级AD8367之间用下图中虚线框中的纯

8、电阻匹配网络连接（50变换到200），同样为了得到较大输出信号幅度，输出不做纯电阻的宽带匹配网络，而是经电容C9后交流耦合输出，输出不做匹配网络。 图8、两级AD8367构成AGC原理图（第一种情况）测试数据如下：表2、 第一种情况测试结果频率输入电平动态范围输出电平说明20MHz-60dBm10dBm70dB2.67dBm4.67dBm60MHz-60dBm10dBm70dB2.50dBm4.53dBm100MHz-60dBm10dBm70dB2.50dBm4.33dBm关闭信号源后6.5GHz带宽内的频谱图如下图9所示，可见此时板子出现自激（如图中的303MHz的Mark点频上）。 图9、

9、关闭信号源后两级AD8367级联下的频谱图第二种情况：（输入端不加匹配网络，级间加匹配网络）与第一种情况的唯一区别就是在电路的输入端去掉了纯电阻的宽带匹配网络。原理图如下图10所示。图10、两级AD8367构成AGC原理图（第二种情况）测试数据如下： 表3 第二种情况测试情况频率输入电平动态范围输出电平说明20MHz-65dBm10dBm75dB2.67dBm4.67dBm60MHz-65dBm10dBm75dB2.50dBm4.53dBm100MHz-65dBm10dBm75dB2.50dBm4.33dBm关闭信号源后6.5GHz带宽内的频谱图如上图9所示，基本没有差别，可见此时板子出现自激

10、（如图中的303MHz的Mark点频上）。第三种情况：（输入端不加匹配网络，级间加匹配网络，输出加匹配网络） 此时输入、级间都加了纯阻性的宽带匹配网络（虚线框），如下图11所示。 图11、两级AD8367构成AGC原理图 测试数据如下：表4 第三种情况测试情况频率输入电平动态范围输出电平说明20MHz-60dBm10dBm70dB-16.23dBm-14.50dBm60MHz-60dBm10dBm70dB-16.30dBm-14.53dBm100MHz-60dBm10dBm70dB-16.54dBm-14.69dBm关闭信号源后6.5GHz带宽内的频谱图如下图12所示，和上图9相比较，只是1G

11、Hz之前的信号衰减了近20dB，可见此时板子也出现自激（如图中的867MHz的Mark点频上）。图12、两级AD8367构成AGC原理图小结：由上面测试可见，AD8367两级级联下的AGC测试板出现了严重的自激，且通过输入级、两级之间和输出级增加宽带匹配网络均无法消除自激。此外有尝试了在输入级串联了33nH的电感，基本没有改善，也无法消除自激。Starting with the third point, it will likely be necessary to add 10dB of padding between the two VGA's  (or all three

12、 VGAs if you need it, right now, Ill just speak to two cascaded VGAs). The AD8367 needs to be sourced and loaded in a 200-Ohm impedance environment to ensure stability. However, the output of the AD8367 presents a 50-Ohm impedance. If you directly cascade the devices the 2nd stage VGA will be presen

13、ted by the 50-Ohm impedance of the first stages output, and may cause the 2nd stage to oscillate. As a result a 200-Ohm to 200-Ohm resistive pad will likely be needed between the two stages. A 10dB pad should be enough to isolate the 50-Ohm source impedance of the first stage VGA from the input of t

14、he second stage. If the cascade is properly stabilized, you should be able to achieve 90dB of gain adjustment range.You will probably have to either LC matching or baluns/transformer on the input of the first VGA and the output of the second VGA to get the 50 Ohms to 200 Ohm match.  This will h

15、elp with the MDS and the Noise Figure of the system. 在此特别感谢ADI的技术支持者给予的无私帮助。根据ADI技术支持的建议，和自己对以上回复的理解，做了如下调试。自己对上面英文的理解：“AD8367用于200系统下才能稳定稳定工作，为此，用于两级AD8367级联时级间匹配网络需按照200输入输出来设计匹配网络。尽管AD8367的实际输出阻抗为50，但仍视为输出阻抗为200来做匹配。于是在两级AD8367级间设计了一个衰减约为10dB的纯电阻pi型衰减网络”来做隔离。于是，设计的10dB的pi型衰减网络如下图13中的红色框内所示。

16、图12、200源阻抗和负载阻抗下的10dB的pi型衰减网络1、于是，把上面两级级联AGC下的第一种情况【第一种情况：（输入级和两级之间加纯电阻宽带匹配网络）】的级间匹配网络由原来的图2更换为上面图12的pi型衰减网络，其它保持不变。三个电阻在板子上的位置如下图13中红色框中所示。图13、关闭信号源后6.5GHz带宽内的频谱图如下图14所示图142、把上面两级级联AGC下的第三种情况【第三种情况：（输入端不加匹配网络，级间加匹配网络，输出加匹配网络）】的级间匹配网络由原来的图2更换为上面图12的pi型衰减网络，其它保持不变。关闭信号源后6.5GHz带宽内的频谱图如下图15所示.图15由上图14、15可见，两级之间用衰减为10dB的pi型匹配网络后，板子仍然自激。两者的区别只是幅度相差10dB左右。我的问题是：1、AD8367的输入阻抗为200，而输出阻抗到底应该按50还是200来做级