ADI實(shí)驗(yàn)室電路:穩(wěn)定閉環(huán)自動(dòng)功率控制電路
本文所述電路利用一個(gè)VGA (ADL5330) 和一個(gè)對數(shù)檢波器 (AD8318) 提供閉環(huán)自動(dòng)功率控制。由于AD8318具有較高的溫度穩(wěn)定性,而且AD8318 RF檢波器可確保ADL5330 VGA的輸出端具有同樣水平的溫度穩(wěn)定性,因此該電路在整個(gè)溫度范圍都能保持穩(wěn)定。該電路還增加了對數(shù)放大器檢波器,用來將ADL5330從開環(huán)可變增益放大器轉(zhuǎn)換為閉環(huán)輸出功率控制電路。 AD8318與ADL5330一樣,具有線性dB傳遞函數(shù),因此P對設(shè)定點(diǎn)傳遞函數(shù)也遵循線性dB特性。
圖1. ADL5330與AD8318配合在自動(dòng)增益控制環(huán)路中工作(原理示意圖:未顯示去耦和所有連接)
電路描述
雖然可變增益放大器可提供精確的增益控制,但利用一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路也可以實(shí)現(xiàn)對輸出功率的精密調(diào)節(jié)。圖1顯示在AGC環(huán)路中工作的ADL5330。增加對數(shù)放大器AD8318后,該AGC在較寬的輸出功率控制范圍具有更高的溫度穩(wěn)定性。
ADL5330 VGA要在AGC環(huán)路中工作,必須將輸出RF的樣本反饋至檢波器(通常利用一個(gè)定向耦合器并增加衰減處理)。DAC將設(shè)定點(diǎn)電壓施加于檢波器的VSET輸入,同時(shí)將VOUT與ADL5330的GAIN引腳相連。根據(jù)檢波器的VOUT與RF輸入信號之間明確的線性dB關(guān)系,檢波器調(diào)節(jié)GAIN引腳的電壓(檢波器的VOUT引腳為誤差放大器輸出),直到RF輸入的電平與所施加的設(shè)定點(diǎn)電壓相對應(yīng)。GAIN建立至某一值,使得檢波器的輸入信號電平與設(shè)定點(diǎn)電壓之間達(dá)到適當(dāng)平衡。
AGC環(huán)路中工作的ADL5330與AD8318的基本連接如圖 1所示。AD8318是一款 1 MHz至 8 GHz精密解調(diào)對數(shù)放大器,提供較大的檢波范圍(60 dB),溫度穩(wěn)定性為±0.5 dB。ADL5330的增益控制引腳受AD8318的輸出引腳控制。電壓VOUT的范圍為 0 V至接近VPSx。為避免過驅(qū)恢復(fù)問題,可以用阻性分壓器按比例縮小AD8318的輸出電壓,以便與ADL5330的 0 V至 1.4 V增益控制范圍接口。
利用一個(gè) 23 dB的耦合器/衰減器,可以讓所需的VGA最大輸出功率與AD8318線性工作范圍的上限(900 MHz時(shí)約為−5dBm)相匹配。
檢波器的誤差放大器利用以地為參考的電容引腳 CLPF 對誤差信號(電流形式)進(jìn)行積分。必須將一個(gè)電容與 CLPF 相連,用來設(shè)置環(huán)路帶寬,并確保環(huán)路穩(wěn)定性。
圖2顯示針對900MHz正弦波和-1.5dBm輸入功率,輸出功率與VSET電壓在整個(gè)溫度范圍的傳遞函數(shù)關(guān)系曲線。請注意,AD8318的功率控制為負(fù)向式。減小VSET相當(dāng)于要求ADL5330提供更高的信號,因此一般會提高增益(GAIN)。
圖2 ADL5330輸出功率與AD8318設(shè)定點(diǎn)電壓關(guān)系曲線,PIN=-1.5dBm
AGC環(huán)路能夠控制接近ADL5330完整60dB增益控制范圍的信號。在通常極為重要的最高功率范圍內(nèi),其溫度性能最精確。在輸出功率的最高40dB范圍內(nèi),整個(gè)溫度范圍的線性一致性誤差在±0.5dB范圍內(nèi)。
對數(shù)放大器所帶來的寬帶噪聲可忽略不計(jì)。
為使AGC環(huán)路保持均衡,AD8318必須跟蹤ADL5330輸出信號的包絡(luò),并向ADL5330的增益控制輸入提供必要的電平。圖3所示為圖1中AGC環(huán)路的示波器屏幕截圖。將采用50%。AM調(diào)制的1000MHz正弦波施加于ADL5330。ADL5330的輸出信號為恒定的包絡(luò)正弦波,其振幅與AD8318的設(shè)定點(diǎn)電壓1.5V相對應(yīng)。圖中還顯示了AD8318對不斷變化的輸入包絡(luò)的增益控制響應(yīng)。[!--empirenews.page--]
圖3. 顯示AM調(diào)制輸入信號的示波器屏幕截圖
圖4顯示AGC RF輸出對VSET脈沖的響應(yīng)。當(dāng)VSET降至1V時(shí),AGC環(huán)路以RF突發(fā)脈沖予以響應(yīng)。響應(yīng)時(shí)間和信號積分量由AD8318 CFLT引腳上的電容控制。這與積分放大器周圍的反饋電容類似。電容增加將導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢。
該電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能,必須采用適當(dāng)?shù)牟季帧⒔拥睾腿ヱ罴夹g(shù)。
在ADL5330和AD8318芯片級封裝的底面,有一個(gè)裸露的壓縮焊盤,該焊盤與芯片接地內(nèi)部相連。將該焊盤焊接至印刷電路板的低阻抗接地層可確保達(dá)到額定的電氣性能,并可提供散熱功能。另外,建議利用過孔將焊盤下方所有層上的接地層拼接在一起,以降低熱阻抗。
圖4 顯示ADL5330輸出的示波器屏幕截圖
常見變化
該電路可以用來實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出功能(固定設(shè)定點(diǎn)、可變輸入功率)或可變功率輸出功能(可變設(shè)定點(diǎn)、固定或可變輸入功率)。 如果所需的輸出功率控制范圍較窄,可以用AD8317 (功率檢波范圍:50 dB)或 AD8319(功率檢波范圍:45 dB)代替AD8318對數(shù)放大器(功率檢波范圍:60 dB)。對于恒定輸出功率功能,最低動(dòng)態(tài)范圍檢波器(AD8319)已足夠用,因?yàn)榄h(huán)路將始終把檢波器的輸入功率伺服至恒定水平。
針對發(fā)射應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的ADL5330 VGA可以用AD8368VGA代替,后者針對最高 800 MHz的低頻接收應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,并提供 34 dB線性dB電壓控制可變增益。