基于AD8367的自動增益控制電路分析

摘要：簡要介紹了ADI公司的對數(shù)放大器AD8367的特性以及利用AD8367實現(xiàn)自動增益控制(AGC)，通過建立簡化的等效原理圖分析了該AGC電路的數(shù)學(xué)特性，得到該電路的輸入輸出關(guān)系，以及實現(xiàn)自動增益控制時的輸入信號幅度的范圍。實驗驗證了該分析的正確性。

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(yuǎn)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)。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(dá)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(fù)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(fù)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(fù)反饋AGC電路。當(dāng)工作于正、負(fù)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(fù)增益模式：

G=45-50Vc(dB)

式中，G是增益，單位為dR;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(dá)到自動增益控制的目的。

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=35.4μA。對于平方律檢波器檢波輸出電流：

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(jìn)行分析：

1)輸入信號幅度較小

當(dāng)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(dāng)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

假設(shè)信號頻率較高，控制電壓中Vc(t)的交流分量較小，AGC放大器近似為線性，射頻輸出信號近似為Vo(t)≈0.5cos(ωt+φ+θ)，則控制電壓

3)輸入信號幅度很大

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(jìn)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。

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。

由于電阻匹配網(wǎng)絡(luò)帶來11.5 dB的衰減，所以實際進(jìn)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(xué)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。