基于AD8367的自動(dòng)增益控制電路分析

蔣 振，孟 進(jìn)，何方敏，肖 歡，李 毅

（海軍工程大學(xué) 艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430033）

目前，自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)廣泛用于接收機(jī)上，其基本作用是壓縮輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。由于各種發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)功率有大有小，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間的距離有遠(yuǎn)有近，以及電磁波在傳播過(guò)程中的多徑效應(yīng)和衰減等原因，使得接收機(jī)接收到的有用信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)范圍較大，若接收信號(hào)強(qiáng)度過(guò)于微弱，可能會(huì)使得某些電路（如檢波器）不能正常工作而丟失信號(hào)；若接收機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度過(guò)大，可能造成放大器的非線性失真，因而在接收機(jī)種都必須采用自動(dòng)增益控制技術(shù)，用來(lái)將大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)調(diào)整在很小的波動(dòng)范圍內(nèi)[1－4]。實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的自動(dòng)增益控制方式有多種，市場(chǎng)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(dòng)增益控制目的。本文主要分析了基于AD8367的自動(dòng)增益控制電路。

1 AD8367芯片簡(jiǎn)介

AD8367是基于ADI公司X－AMP結(jié)構(gòu)的可變?cè)鲆嬷蓄l放大器，由一個(gè)9階電阻衰減網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)固定增益放大器構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的對(duì)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(shí)內(nèi)部還集成了平方律檢波器，因而也可以工作于自動(dòng)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(guò)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(duì)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(duì)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:

式中，G是增益，單位為dB；Vc是控制電壓，單位為伏。

2 自動(dòng)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(dòng)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(lái)控制9階電阻網(wǎng)絡(luò)的增益，以達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的[5－7]。

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=35.4 μA。 對(duì)于平方律檢波器檢波輸出電流：

圖1 AGC外圍電路圖Fig.1 Perimeter circuit of AGC

圖2 AGC等效原理圖Fig.2 Equivalent circuit of AGC

圖3 AGC檢波方式Fig.3 Detection of AGC

根據(jù)圖3知：I=Iref+Idet，I為比較合成輸出電流。

當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)，即Vo=0時(shí)，根據(jù) AD8367datasheet知Iref+Imin=－11.0 μA，所以 Imin=－11.0－Iref=－46.4 μA。 Imin為比較合成輸出電流最小值。

當(dāng) Vo=0.354 V，即 Iref+Imin=0時(shí)，有

Iref+（α/8－46.4）=0， 得 α=+88.0 μA/V2， 所以 Idet=88.0V2o－46.4（μA）。

根據(jù)負(fù)增益模式下

得增益 K=102.25－2.5Vc，所以

2.2 AGC對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)分析

假設(shè)射頻輸入信號(hào)為 Vi（t）=Aicos（ωt+φ），幅度為 Ai。 對(duì)于線性放大器，忽略時(shí)延，射頻輸出信號(hào)為 Vo（t）=βVi（t）=βAicos（ωt+φ），β為放大器的放大倍數(shù)。對(duì)于基于 AD8367芯片自動(dòng)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(hào)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(hào)幅度較小

當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，控制電壓滿足

2）輸入信號(hào)幅度足夠大

當(dāng)輸入信號(hào)幅度足夠大時(shí)，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(shí)段。此時(shí)，射頻輸出信號(hào)近似為 Vo（t）≈0.5cos（ω+φ+θ），控制電壓為

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖4為基于AD8367芯片的AGC電路測(cè)試PCB板，與圖1外圍電路相比，該測(cè)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(duì)信號(hào)的衰減都約為11.5 dB。

圖4 基于AD8367芯片的AGC電路測(cè)試PCB板Fig.4 PCB testing circuit of AGC Based on AD8367

圖5 為測(cè)試該AGC電路的實(shí)驗(yàn)原理框圖，通過(guò)信號(hào)源發(fā)射幅度范圍為－40～+20 dBm的頻率為10 MHz信號(hào)進(jìn)入圖4所示AGC電路測(cè)試PCB板，在其輸出端接頻譜分析儀測(cè)量輸出信號(hào)幅度，并且用電壓表記錄不同功率輸入信號(hào)下AD8367芯片DETO引腳的電壓。

圖5 測(cè)試原理框圖Fig.5 Block Diagram of testing

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(hào)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(duì)信號(hào)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(hào)源上約為－41～+6 dBm。

從圖6、圖7中可以看出，輸入信號(hào)在－30～14 dBm范圍內(nèi)時(shí)，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(duì)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(shí)，關(guān)系圖曲線斜率約為0.2，這與式（12）是相符的。

圖6 增益控制電壓與輸入功率關(guān)系圖Fig.6 Relationship between control voltage and input power

圖7 電路輸入輸出關(guān)系圖Fig.7 Relationship between output power and input power

由于電阻匹配網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)11.5 dB的衰減，所以實(shí)際進(jìn)入芯片Input引腳的信號(hào)在－41.5～+2.5 dBm時(shí)，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(yǔ)

本文從數(shù)學(xué)角度分析了基于對(duì)數(shù)放大器AD8367的自動(dòng)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(shí)信號(hào)幅度的范圍，最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文分析的正確性。

[1]袁孝康．自動(dòng)增益控制與對(duì)數(shù)放大器[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1987．

[2]李學(xué)初，高清運(yùn)，秦世才．混合模式AGC設(shè)計(jì)[J]．電子與信息學(xué)報(bào)，2007，29（11）:2791－2794.LI Xue-chu，GAO Qing-yun，QIN Shi-cai．The design of mixed-mode AGC[J]．Journal of Electronics& Information Technology，2007，29（11）:2791－2794.

[3]張立志，饒龍記，鄔江興．自動(dòng)增益控制環(huán)路方程的一種簡(jiǎn)化處理方法及環(huán)路穩(wěn)定時(shí)間分析[J]．通信學(xué)報(bào)，2005，26（6）:94－99．ZHANGg Li-zhi，RAO Long-ji，WU Jiang-xing.Simple treatment method to automatic gain control loop equations and analysis of loop settling time[J]．Journal and Communications，2005，26（6）:94－99．

[4]馬戰(zhàn)剛，張宇平，孫弋，等．大動(dòng)態(tài)范圍AGC電路在接收機(jī)中的應(yīng)用[J]．半導(dǎo)體技術(shù)，2010，35（2）:191－193．MA Zhan-gang，ZHANG Yu-ping，XUN Yi，et al.Large dynamic range AGC circuit applied in receiver[J]．Semicon-ductor Technology，2010，35（2）：191-193．

[5]張星，周克生．基于AD8367的壓控增益放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．設(shè)計(jì)應(yīng)用，2007:45-47．ZHANG Xing，ZHOU Ke-sheng．VGA system design based on AD8367[J]．Design&Applications，2007:45-47．

[6]郭文浩，郭斌林．基于AD8367的自動(dòng)控制增益模塊的設(shè)計(jì)[J]．電子器件，2010，33（4）:460-462．GUO Wen-hao，GUO Bin-lin．Design of automatic gain control circuit based on AD8367[J]．Chinese Journal of Electron Devices，2010，33（4）:460-462.

[7]李柏渝，孫莉，伍俊，等．大動(dòng)態(tài)范圍星載導(dǎo)航接收機(jī)AGC電路性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（6）:48-52．LI Bai-yu，SUN Li，WU Jun，et al．Performance analysis and optimal design of AGC circuit for large-dynamic-range GNSS receiver on satellite[J]．Journal of National University of Defense Technology，2010，32（6）:48-52．