AD603:低噪声、90 MHz可变增益放大器

特征

●线性dB增益控制

●引脚可编程增益范围

●带宽为90 MHz时为-11 dB至+31 dB

●9 dB至51 dB，带宽为9 MHz

●任何中间范围，例如带宽为30 MHz的-1 dB至+41 dB

●带宽与可变增益无关

●1.3 nV/√Hz输入噪声谱密度

●±0.5 dB典型增益精度

应用

●RF/IF AGC放大器

●视频增益控制

●A/D范围扩展

●信号测量

一般说明

AD603是一款低噪声、压控放大器，用于射频和中频AGC系统。它提供精确的引脚可选择增益，带宽为90 MHz时为-11 dB至+31 dB，带宽为9 MHz时为9 dB至51 dB。任何中间增益范围都可以使用一个外部电阻器来安排。在推荐的±5 V电源下，输入噪声谱密度仅为1.3 nV/√Hz，功耗为125 mW。

分贝增益以dB为单位呈线性，经过精确校准，在温度和电源范围内稳定。增益控制在高阻抗（50M）Ω),低偏压（200 nA）差分输入；缩放为25mV/dB，只需要1V的增益控制电压即可跨越增益范围的中心40dB。无论选择何种范围，都提供1 dB的超量程和欠量程。对于40 dB的变化，增益控制响应时间小于1µs。

差分增益控制接口允许使用差分或单端正或负控制电压。这些放大器中的几个可以级联，并且它们的增益控制增益偏移，以优化系统信噪比。

AD603可以驱动低至100的负载阻抗Ω 具有低失真。对于500Ω 并联负载为5pF，10 MHz±1 V正弦输出的总谐波失真通常为-60 dBc。规定的峰值输出为±2.5 V，最小值为500Ω load.

AD603采用获得专利的专有电路拓扑结构——X AMP®。X-AMP包括一个0 dB至-42.14 dB的可变衰减器，后面是一个固定增益放大器。由于使用了放大器，放大器永远不必处理大输入，并且可以使用负反馈来定义其（固定）增益和动态性能。衰减器的输入电阻为100Ω,激光微调至±3%，由一个七级R-2R激光网络组成，导致抽头点之间的衰减为6.021dB。专有的插值技术提供了一种连续的增益控制功能，该功能以dB为单位呈线性。

AD603的工作温度为-40°C至+85°C。

功能框图

工作原理

AD603包括一个固定增益放大器，前面是0 dB至42.14 dB的宽带无源衰减器，增益控制缩放因子为每伏40 dB。固定增益在两个范围内进行激光微调，分别为31.07 dB（×35.8）或50 dB（×358），或者可以使用引脚5和引脚7之间的一个外部电阻器设置为其间的任何范围。通过将电阻器从引脚5连接到公共端可以获得更高的增益，但输出偏移电压的增加将最大增益限制在约60dB。对于任何给定的范围，带宽与电压控制增益无关。该系统在所有情况下都提供1.07 dB的低量程和高量程；例如，在最大带宽模式下（引脚5和引脚7绑定），总增益为-11.07 dB至+31.07 dB。

与以前基于非线性元件的增益控制方法相比，这种X-AMP结构具有许多优点。最重要的是，固定增益放大器可以使用负反馈来提高其精度。由于大输入首先被衰减，放大器输入总是很小。例如，在-1 dB/+41 dB模式下（即使用41.07 dB的固定放大器增益）提供±1 V输出，其输入仅为8.84 mV；因此失真可以非常低。同样重要的是，小信号增益和相位响应，以及脉冲响应，基本上与增益无关。

图1是一个简化的示意图。输入衰减器是一个七段R-2R梯形网络，使用标称R=62.5的未调整电阻器Ω,这导致特征电阻为125Ω ±20%.输入端包含一个分流电阻器，并经过激光微调，以建立更精确的输入电阻100Ω ±3%，当与外部电阻器或电容器结合使用时，可确保精确操作（增益和HP转角频率）。

使用推荐的±5 V电源时，输入VINP处的标称最大信号为1 V rms（±1.4 Vpeak），尽管允许在高频失真和馈通增加的情况下达到±2 V峰值。引脚4（COMM）必须直接连接到输入地；这种连接中的显著阻抗将降低增益精度。

梯形网络输入端的信号每段衰减6.02 dB；因此，每个抽头的衰减逐渐为0dB、6.02dB、12.04dB、18.06dB、24.08dB、30.1dB、36.12dB和42.14dB。采用独特的电路技术在这些分接点之间进行插值，如图29中的滑块所示，从而提供从0 dB到42.14 dB的连续衰减。从一种将滑块从左向右移动的机械装置的角度思考，将有助于理解AD603；事实上，它的位置是由引脚1和引脚2之间的电压控制的。稍后将讨论增益控制接口的细节。

增益始终非常精确地确定，梯形网络中衰减的指数性质（X-AMP原理）自动保证了线性indB关系。在实际应用中，增益与理想值略有偏差，峰值约为±0.2 dB。

噪声性能

X-AMP的一个重要优点是其卓越的噪音性能。在内部分接点处看到的标称电阻为41.7（12500的三分之一），在27C下表现出0.83 nV/VHz（即V4kTR）的约翰逊噪声谱密度（NSD），这是总输入噪声的很大一部分。对于1.3nV/VHz的总输入噪声，放大器的第一级又贡献了1nV/VHz。很明显，在梯形网络中使用低电阻来实现非常低的指定噪声水平是至关重要的。信号的源阻抗与AD603的100输入电阻形成分压器。在某些应用中，由此产生的衰减可能是不可接受的，需要使用外部缓冲器或前置放大器将高阻抗源与低阻抗AD603相匹配。

最大增益（即0 dB抽头处）的噪声取决于输入是短路还是开路：短路时，达到略高于1 nV/VHz的最小NSD；当打开时，观察第一个抽头的100的电阻产生1.29 nV/VHz，因此噪声增加到总共1.63 nV/VHz。（如果AD603之前有一个900Ω的电阻器，允许在高达10 V rms的输入下运行，则最后一次计算将非常重要。）随着所选分接头远离输入，噪声对源阻抗的依赖性会迅速降低。

除了刚才讨论的小变化外，输出端的信噪比（S/N）基本上与衰减器设置无关。例如，在-11 dB/+31 dB范围内，×35.8的固定增益将输出NSD提高到46.5 nV/VHz。因此，对于1 V rms和1 MHz带宽的最大无失真输出，输出信噪比为86.6 dB，即20 log（1 V/46.5μV）。

图1:简化框图

增益控制接口

衰减通过差分高阻抗（50M）控制Ω) 输入，缩放因子被激光微调为每伏40 dB，即25 mV/dB。内部带隙基准确保了缩放相对于电源和温度变化的稳定性。

当差分输入电压VG=0 V时，衰减器滑块居中，提供21.07 dB的衰减。对于最大带宽范围，这导致总增益为10 dB（=-21.07 dB+31.07 dB）。当控制输入为-500 mV时，增益降低20 dB（=0.500 V×40 dB/V）至-10 dB；当设置为+500mV时，增益增加20dB至30dB。当该接口在任一方向上过驱动时，增益分别接近-11.07 dB（=-42.14 dB+31.07 dB）或31.07 dB（=0+31.07 dB）。对增益控制电压的唯一限制是，它必须保持在主控制接口的共模范围内（假设+5 V电源为-1.2 V至+2.0 V）。

因此，AD603的基本增益可以使用以下简单表达式计算：

其中VG以伏特为单位。当引脚5和引脚7被捆绑时（见下一节），增益变为：

和

高阻抗增益控制输入确保在多通道或级联应用中驱动许多放大器时负载最小。差分能力为各种控制方案选择适当的信号电平和极性提供了灵活性。

例如，如果增益由仅提供正接地参考输出的DAC控制，则增益控制低（GNEG）引脚应偏置到500 mV的固定偏移，以便在增益控制高（GPOS）为零时将增益设置为-10 dB，在1.00 V时将增益设置到30 dB。

包含分压器以实现其他缩放因子是一件简单的事情。当使用FS输出为2.55V（10mV/bit）的8位DAC时，分频比为2（产生5mV/bit）将导致增益设置分辨率为0.2dB/bit。当两个AD603级联时，当存在优化信噪比分布的各种选项时，使用这种偏移是有价值的，如稍后所述。

用引脚捆绑法对固定增益放大器进行编程

引脚5（FDBK）提供对反馈网络的访问。用户可以使用此引脚对AD603输出放大器的增益进行编程，如图2、图3和图4所示。有三种模式：在默认模式下，FDBK未连接，提供+9 dB/+51 dB的范围；当VOUT和FDBK短路时，增益降低到-11dB/+31dB；当外部电阻器放置在VOUT和FDBK之间时，可以实现任何中间增益，例如-1dB/+41dB。

图30。-10 dB至+30 dB；90 MHz带宽

图31。0 dB至40 dB；30 MHz带宽

图32。10分贝至50分贝；设置增益为9 MHz

可选地，当电阻器从FDBK放置到COMM时，可以实现更高的增益。由于带宽低和输出偏移增加，第四种模式的价值有限；因此，它不包括在图2、图3或图4中。

该放大器在前两种模式下的增益由片上激光微调电阻器的比率设置。虽然这些电阻器的比率非常精确，但这些电阻器的绝对值可以变化高达±20%。因此，当外部电阻器与标称6.44 k并联连接时Ω ±20%内部电阻，整体增益精度稍差。最坏情况下的错误发生在约2k处Ω 。

虽然固定增益放大器的增益带宽积约为4 GHz，但实际带宽与最大增益并不完全相关。这是因为在最大带宽范围内，由于开环增益函数中的高阶极点，交流响应幅度略有增强；这种温和的峰值在较高的增益范围内不存在。图30、图31和图32显示了如何添加可选电容器来扩展高增益模式下的频率响应。