数字控制可变增益放大器AD8370及其应用

摘要：AD8370是美国AD公司推出的一种低成本、数字控制的可变增益放大器，它具有高IP3和低噪声系数以及优良的失真性能和较宽的带宽，可以广泛应用于差分ADC驱动器、IF采样接收器、射频／中频放大中间级、SAW滤波器接口、单端差动转换器中。文章介绍了AD8370的基本原理及应用设计方法。 关键词：AD8370；数字控制；可变增益；放大器 １　概述 ＡＤ８３７０是美国ＡＤ(ＡＮＡＬＯＧ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮＣ)公司推出的一种低成本、数字控制的可变增益放大器，它具有高ＩＰ３和低噪声系数。由于其具有优良的失真性能和较宽的带宽，所以特别适合作为现代接收器设计中的增益控制器件应用。 图１是ＡＤ８３７０的原理框图。 在宽输入动态范围应用中，ＡＤ８３７０可提供两种输入范围，分别对应于高增益模式和低增益模式。它内部的一个７位衰减器在提供２８ｄＢ的衰减范围时，分辨率高于２ｄＢ，而在２２ｄＢ的衰减范围时，分辨率高于１ｄＢ。ＡＤ８３７０的输入增益选择范围为１７ｄＢ，可输出低失真的高电平。 ＡＤ８３７０可通过在ＰＷＵＰ引脚上输入合适的逻辑电平来上电或者断电。当关闭电源时，ＡＤ８３７０的消耗电流小于５ｍＡ，并可提供优良的输入输出隔离。ＡＤ８３７０采用ＡＤＩ 高速ＸＦＣＢ方法，因而可在宽带情况下提供高频率和低失真特性，其典型静态电流为７８ｍＡ。 ＡＤ８３７０可变增益放大采用的是密集的１６脚ＴＳＳＯＰ封装，工作温度范围为－４０℃～＋８５℃。其主要特点如下： ●差动输入为２００Ω； ●差动输出为１００Ω； ●噪声系数为７ｄＢ（最大增益时）； ●频带宽度可从低频到７００ＭＨｚ（－３ｄＢ）； ●具有４０ｄＢ的精确增益范围； ●带有串行７位接口； ●可通过管脚编程低、高增益，其中低增益范围为－１１～１７ｄＢ，高增益范围为＋６～３４ｄＢ； ●输入动态范围很宽； ●单电源可低至３Ｖ。 ＡＤ８３７０可应用于差动ＡＤＣ驱动器、ＩＦ采样接收器、射频／中频放大中间级、ＳＡＷ滤波器接口以及单端差动转换等领域。 ２　应用设计 ２．１ 电路的基本连接方法 图２是ＡＤ８３７０的基本接线图。其中，供电电压范围为２．７Ｖ～５．５Ｖ，但应注意，为管脚ＶＣＣＯ和ＶＣ-ＣＩ供电时应使用一个０．１μＦ低感应系数的表面贴陶瓷电容构成的电源退耦电路，而且退耦电容应该尽可能地靠近ＡＤ８３７０。实际上，更有效的退耦方法是给供电电源并联一个１００ｐＦ电容和一个磁珠。 ＡＤ８３７０主要是针对差动信号电路应用而设计的。由于差动信号设计能改善正常状态的谐波抑制，同时可以提高共模抑制能力，因此，必须使该器件的驱动和负载处于平衡状态，这就要求每个输入或者输出管脚的共模电阻值要平衡。如果使用非平衡电源供电，就会降低该器件的共模抑制比；而如果使用非平衡负载，则会增加谐波失真。总之，即使ＡＤ８３７０在不平衡状态下工作，仍具有比较良好的工作性能，但最优化设计还是尽可能将其处于平衡工作状态。 ＡＤ８３７０是一个性能优良的可变增益放大器，其增益控制传输功能对电压增益呈线性关系。在低增益端，增益斜率较陡，提供的增益控制功能也较粗；而在高增益端，由于ｄＢ采用阶梯式减小方式，因此可提供精确的增益调节能力。线性电压增益可以由下式给出： Ａｖ＝增益码%26;#215;系数%26;#215;１＋（前级放大器增益－１）%26;#215;最高有效位 其中，Ａｖ是线性增益，增益码指的是数字增益控制字减去最高有效位后的值，系数值为０．０５５７４４ Ｖ／Ｖ，前级放大器增益为７．０７９４５８ Ｖ／Ｖ，最高有效位指的是八位控制字的最高位。 ２．２ 数字接口 ＡＤ８３７０的数字控制端口采用标准的ＴＴＬ接口，当ＬＴＣＨ管脚保持低电平时，八位控制字以串行的方式写入，ＤＡＴＡ管脚的数据在ＣＬＣＫ信号的每个上升沿读取，图３所示为数字控制接口时序，各个时间参数的典型最小值如表１所列。 表1 串行编程时间参数 参 数 典 型 值 单 位 脉冲宽度（TPW） 10 ns 脉冲时钟周期（TCK） 20 ns 数据建立时间（TDS） 2 ns 数据使能建立时间（TES） 2 ns 数据使能保持时间（TEH） 2 ns ２．３ 单端差动转换 ＡＤ８３７０主要用于差动信号接口，但实际上，也可以用来作为单端差动转换，方法简单易行。只要把没用到的输入管脚通过一个电容对地短接即可。图４所示是一种单端差动转换电路的连接图。当使用单电源供电时，即使差动平衡条件不成立，其失真性能和增益精度还是能满足绝大多数应用的要求。 图5 ３ ＡＤ８３７０的评估板 利用ＡＤ８３７０的评估板可通过标准的５０Ω测试装置来对其作快速测试，其电路原理如图５所示。图中，变压器Ｔ１和Ｔ２用于将５０Ω源阻抗和负载阻抗转换成所要求的输入和输出电平。与该评估板相配套使用的是评估板软件，该软件的主要功能是从计算机给出串行增益控制信号。该评估板通过一条电缆与计算机的并口相连，使用时只要在控制软件中适当地调节滚动条就可以自动地实现ＡＤ８３７０的更新设置。 ４　小结 ＡＤ８３７０是美国ＡＤ公司推出的一种低成本、数字控制可变增益放大器，本文主要介绍了它的基本原理、电路连接、数字接口、单端差动转换及其评估板的使用方法。由于ＡＤ８３７０具有良好的工作性能，因而在通信、视频传输等领域将得到广泛应用。