高速電壓輸出型對數(shù)放大器AD8310

摘要：AD8310是AD公司生產(chǎn)的一種高速電壓輸出型對數(shù)放大器。它可對DC到440MHz的頻率縮技術(shù)，其動態(tài)范圍高達(dá)95dB，而誤差僅為±3dB。該器件性能穩(wěn)定且易于使用，外部不需其它重要元件。文中介紹了該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理以及應(yīng)用設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：對數(shù)放大器 增益 斜率 AD8310

1 概述

AD8310是一個高速電壓輸出、解調(diào)頻率范圍為DC～440MHz的對數(shù)放大器，它內(nèi)含六個串聯(lián)的放大器/限幅器，且每個放大器/限幅器的小信號增益均為14.3dB，在900MHz時帶寬為-3dB。它內(nèi)使用了9個檢測器，檢波范圍從-91dBV～+4dBV（我們定義rms為1V的正弦波的幅值為0dB），即±40μV～±2.2V。AD8310的解調(diào)輸出可精確標(biāo)定，其對數(shù)斜率為24mV/dB，截止電壓為-108dBV，并以獨立的供電電壓和獨立的濕度作為標(biāo)定參數(shù)。AD8310采用完全差動輸入，可提供適當(dāng)?shù)妮斎胱杩梗ú捎?kΩ電阻與1pF電容并聯(lián)）。用簡單的網(wǎng)絡(luò)與50Ω的輸入匹配可保證-78dBm～+17dBm的功率靈敏度。100MHz時的對數(shù)線性度的典型值在±0.4dB以內(nèi)，僅稍在于440MHz時的線性度。AD8310沒有最小使用頻率的限制，因而可用于低音頻頻率。在較輕負(fù)載時，輸出電壓的上邊界低于電源電壓200mV；下邊界受到噪音限制，距離負(fù)電源電壓400mV；其斜率和截止點可通過外部阻抗來改變。AD8310允許輸出負(fù)載有較大的變化范圍，并可驅(qū)動高達(dá)100pF的容性負(fù)載。

AD8310集低成本、小體積、低功耗、高精度、高穩(wěn)定性、寬動態(tài)范圍等諸多優(yōu)點于一身，其頻率范圍可從音頻到超高頻。另外，它還具有響應(yīng)時間快、負(fù)載驅(qū)動能力強等特點，可廣泛應(yīng)用于需要衰減信號到分貝級的電路中。AD8310在工業(yè)上的使用濕度范圍為-40℃～+85℃，封裝采用8腳小型SO形式。

AD8310的特性如下：

●為多級解調(diào)的對數(shù)放大器；

●采有電壓輸出，上升時間小于15ns；

●承受大電流的能力為1dBV～+4dBV；

●采用最小2.7V的單端電源電壓；

●具有DC～440MHz的工作范圍和±0.4dB的線性度；

●對數(shù)斜率為25mV/dB，截止電壓為-108dBV；

●具有高度的溫度穩(wěn)定性；

●有完全差動的直流耦合信號通路；

●100μs的上電時間，1μA的休眠電流；

AD8310對數(shù)放大器可用于信號電平以分貝格式的轉(zhuǎn)換、發(fā)射機(jī)天線的功耗測量、接收器信號的強度指示、廉價雷達(dá)的聲波定位儀的信號處理網(wǎng)絡(luò)以及頻譜分析等領(lǐng)域。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1為AD8310的結(jié)構(gòu)框圖。圖中的6個主放大器/限幅器以及與它們相連的全波檢測器用來處理整個動態(tài)范圍低2/3部分的信號，其余信號由位于無源衰減器14.3dB抽頭處的三個頂端檢測器處理。第一級放大器輸出低噪聲的譜密度。以上幾部分的偏置有兩個參考：一個決定它們的增益，另一個決定對數(shù)斜率并穩(wěn)定電源和濕度浮動的帶隙電路。AD8310通過ENBL的COMS兼容電平來置位和復(fù)位。9個檢測器輸出的差動電流模式匯合后被轉(zhuǎn)換成單邊模式（理論標(biāo)定值為2μA/dB），經(jīng)過3kΩ的負(fù)載阻抗后，將其輸出電壓由一高速的4倍增益緩沖放大器放大，最后從VOUT輸出，其斜率為24mV/dB。沒有進(jìn)入緩沖的電壓則允許經(jīng)過一定的函數(shù)關(guān)系調(diào)整后進(jìn)入BFIN，包括附加在外部的后置解濾波電容以及斜率、截止電壓的改變等。增益的最后一級包括偏置敏感電路，并產(chǎn)生雙極性輸出電流，經(jīng)OFLT處的片內(nèi)電容積分，最后輸出的電壓用于消除第一級輸出中的從偏置。由于該電壓沒有涉及信號輸入處的連接，所以沒有在反饋回路上引入額外的電極，從而保證了偏置校準(zhǔn)回路的穩(wěn)定。

3 AD8310的使用

AD8310的高增益和寬帶寬使得它對輸入端極寬頻率范圍內(nèi)的所有信號都非常敏感。因此，不用濾波器將很難區(qū)別出所需的信號，并會提高噪音的基礎(chǔ)水平，所以，屏蔽和電源退耦是至關(guān)重要的。使用AD8310時應(yīng)在VPOS端接上退耦電容，并設(shè)置一個地層，以便為公共端COMM提供低阻抗。

3.1 基本連接

圖2為AD8310的典型應(yīng)用連接圖，由VPOS提供2.7V～5.5V的電源電壓在靠近管腳處連有0.01μF的退耦電容，有時也在電源上連接一小電阻來濾除電源線上的噪聲，ENBL的閾值輸入約為1.3V。在單端輸入時，應(yīng)將C1接地，使信號通過C2耦合輸入。在使用使能端時，為盡量避免啟動時的瞬態(tài)過程，C1與C2的大小必須完全相等?？捎?2.3Ω的電阻與1.1kΩ的輸入阻抗并聯(lián)，以產(chǎn)生一個簡單的寬帶50Ω的匹配輸入，當(dāng)然，也可使用輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。在高頻應(yīng)用中，為減少不需要的低頻信號耦合，其轉(zhuǎn)換頻率fHP應(yīng)盡可能高；而在低頻應(yīng)用中，出于相同的考慮，必須在輸入端增加一個簡單的RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，并應(yīng)緊靠耦合電容的信號產(chǎn)生端，經(jīng)降低給定高通轉(zhuǎn)折頻率所需的電容值。

3.2 斜率和截止電壓的調(diào)整

當(dāng)系統(tǒng)校準(zhǔn)不是很有效時，可以使用圖3所示的調(diào)整電路，并可逐一地或整體地對AD8310的絕對精度微調(diào)。其對數(shù)斜率可通過VR1來改變，圖3中可提供的校準(zhǔn)范圍為±10%（22.6mV/dB～27.4mV/dB），調(diào)整功能是依靠一個精密的信號發(fā)生器交替產(chǎn)生兩個固定的輸入電平來實現(xiàn)的，一般位于動態(tài)范圍的中心附近，如-60dB和-20dB。換句話說，使用的位于動態(tài)范圍中心的AM-調(diào)制信號。對于調(diào)制深度為M的信號，一個調(diào)制周期內(nèi)的峰和谷分貝變化值由下式?jīng)Q定：

ΔdB=20log10[(1+M)/(1-M)]

4 應(yīng)用設(shè)計舉例

AD8310不僅功能強大，而且易于使用，它只需極少的外部元件，并且絕大多數(shù)都可以通過簡單的電路迅速連接。以下幾個典型的應(yīng)用實例。

4.1 驅(qū)動電纜

在3V或者更高的電源電壓下，AD8310能以2.5V的電壓來驅(qū)動100Ω的接地負(fù)載；當(dāng)驅(qū)動500Ω的電纜時，如果需要反向終端，AD8310的輸出應(yīng)與之串聯(lián)，圖4為驅(qū)動電纜時的輸出響應(yīng)，這時負(fù)載上的斜率可達(dá)到12mV/dB。有時它也用于驅(qū)動無遠(yuǎn)程終端的電纜，但此時的對數(shù)斜率不可能再降低。

4.2 DC耦合輸入

在一些特殊場合，需要對直流輸入進(jìn)行處理，由于AD8310的內(nèi)部是直流耦合的，因此，人們很自然會想到選用它，但為保證第一級的適當(dāng)偏置，AD8310的差動輸入必須高于2V，這超過了COM的電位。通常，AD8310的輸入信號都是以地為參考的單邊信號，因此必須為信號供參考點的轉(zhuǎn)變和單端到差動的轉(zhuǎn)換，從而使其正確驅(qū)動AD8310的輸入。

圖5是一種如何利用AD8138差動放大器來實現(xiàn)以中值電壓為參考的參考點的轉(zhuǎn)變和單端到差動的轉(zhuǎn)換電路。該電路由4個499Ω的電阻建立了一個增益整體。當(dāng)在AD8138的VCOM管腳加以2.5V（可由參考電壓的電阻分壓獲得）電壓時，AD8138可輸出2.5V的共模電壓，其差動輸出可直接用來驅(qū)動AD8310的1.1kΩ的輸入阻抗。此時，必須對AD8138的失調(diào)電壓進(jìn)行調(diào)整。若在OFLF管腳加以1.9V左右的理論電壓，AD8310內(nèi)部的失調(diào)補償電路就會失去作用。因此，對AD8138的偏置調(diào)整可同時調(diào)整兩個器件的失調(diào)電壓。調(diào)整的過程是把輸入電路接地，同時輕微改變AD8138上反相輸入中的增益電阻（圖5中的50Ω電位器），直到AD8138的輸出達(dá)到最小值。由于動態(tài)范圍的低端受到AD8138輸出的寬帶噪聲的限制，其值約為425μVp-p。因此，當(dāng)電路并不需要對沖激響應(yīng)作出極其迅速的響應(yīng)時，可在AD8138與AD8310之間加上一個差動的低通濾波器而不必使用AD8310所構(gòu)成的電路。

5 結(jié)束語

AD8310具有低成本、低功耗、高精度、高穩(wěn)定性、寬動態(tài)范圍等諸多優(yōu)點，響應(yīng)頻率范圍可從音頻到超高頻，且反應(yīng)快，外部不需其它重要元件，同時還具有良好的負(fù)載驅(qū)動能力，可廣泛應(yīng)用于需要衰減信號到分貝級的電路中。