基于AD8367的自动增益控制电路分析

蒋 振，孟 进，何方敏，肖 欢，李 毅

（海军工程大学 舰船综合电力技术国防科技重点实验室，湖北 武汉 430033）

目前，自动增益控制（AGC）技术广泛用于接收机上，其基本作用是压缩输入信号的动态范围。由于各种发射机发射信号功率有大有小，发射机与接收机间的距离有远有近，以及电磁波在传播过程中的多径效应和衰减等原因，使得接收机接收到的有用信号强度波动范围较大，若接收信号强度过于微弱，可能会使得某些电路（如检波器）不能正常工作而丢失信号；若接收机接收信号强度过大，可能造成放大器的非线性失真，因而在接收机种都必须采用自动增益控制技术，用来将大动态范围的信号调整在很小的波动范围内[1－4]。实现对信号的自动增益控制方式有多种，市场上可供选择的集成化芯片也很多，其基本原理都是利用检波反馈方式控制压控放大器的放大系数，达到自动增益控制目的。本文主要分析了基于AD8367的自动增益控制电路。

1 AD8367芯片简介

AD8367是基于ADI公司X－AMP结构的可变增益中频放大器，由一个9阶电阻衰减网络和一个固定增益放大器构成，能够实现精确的对数线性增益控制，增益控制范围45 dB，它既能配置应用于外加电压控制的传统的VGA模式，同时内部还集成了平方律检波器，因而也可以工作于自动增益控制模式。

AD8367典型工作频率范围为500 MHz以内，有两种工作模式：正增益模式 （MODE端接高电平）和负增益模式（MODE端接低电平），模拟增益控制电压范围为50mV～950mV，控制灵敏度为 20mV/dB，通过增益控制端MODE可设置AGC为正增益控制模式或负增益控制模式，以配合对数放大器的特性构成性能稳定的负反馈AGC电路。当工作于正、负增益控制模式下，AD8367的对数增益与线性控制电压之间的关系分别为:

正增益模式:G=50Vc－5（dB），负增益模式:

式中，G是增益，单位为dB；Vc是控制电压，单位为伏。

2 自动增益控制电路

将 AD8367芯片的 DETO（detector output，检波输出）引脚和 GAIN（gain control voltage input，增益控制电压输入）引脚相连、将MODE引脚接地，芯片即工作于自动增益控制（AGC）模式，其外围电路如图1所示，等效电路如图2所示。

检波输出电压经DETO引脚输入到GAIN引脚来控制9阶电阻网络的增益，以达到自动增益控制的目的[5－7]。

2.1 AGC检波方式分析

检波器的内置比较参考电压有效值为Vref=0.354 V（峰－峰值为1 V），RC滤波器的内置电阻R=10 kΩ，电容C可改变。检波方式如图3所示。

根据 Vref=0.354 V，R=10 kΩ 可得 Iref=Vref/R=35.4 μA。 对于平方律检波器检波输出电流：

图1 AGC外围电路图Fig.1 Perimeter circuit of AGC

图2 AGC等效原理图Fig.2 Equivalent circuit of AGC

图3 AGC检波方式Fig.3 Detection of AGC

根据图3知：I=Iref+Idet，I为比较合成输出电流。

当没有输入信号，即Vo=0时，根据 AD8367datasheet知Iref+Imin=－11.0 μA，所以 Imin=－11.0－Iref=－46.4 μA。 Imin为比较合成输出电流最小值。

当 Vo=0.354 V，即 Iref+Imin=0时，有

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

根据负增益模式下

得增益 K=102.25－2.5Vc，所以

2.2 AGC对正弦信号的响应分析

假设射频输入信号为 Vi（t）=Aicos（ωt+φ），幅度为 Ai。 对于线性放大器，忽略时延，射频输出信号为 Vo（t）=βVi（t）=βAicos（ωt+φ），β为放大器的放大倍数。对于基于 AD8367芯片自动增益控制电路，有 β=（－2.5，+42.5）dB。 放大倍数最小值记为βmin，放大倍数的最大值记为βmax。射频输入信号的幅度不同，β的取值也不同。下面分3种情况进行分析：

1）输入信号幅度较小

当输入信号幅度较小时，控制电压满足

2）输入信号幅度足够大

当输入信号幅度足够大时，控制电压恒有Vc（t）＞0，不再存在放大倍数β（t）=βmax的常数时段。此时，射频输出信号近似为 Vo（t）≈0.5cos（ω+φ+θ），控制电压为

3 实验验证

图4为基于AD8367芯片的AGC电路测试PCB板，与图1外围电路相比，该测试板在AD8367的输入输出端分别添加了电阻阻抗匹配网络，其对信号的衰减都约为11.5 dB。

图4 基于AD8367芯片的AGC电路测试PCB板Fig.4 PCB testing circuit of AGC Based on AD8367

图5 为测试该AGC电路的实验原理框图，通过信号源发射幅度范围为－40～+20 dBm的频率为10 MHz信号进入图4所示AGC电路测试PCB板，在其输出端接频谱分析仪测量输出信号幅度，并且用电压表记录不同功率输入信号下AD8367芯片DETO引脚的电压。

图5 测试原理框图Fig.5 Block Diagram of testing

AD8367芯片DETO引脚的电压数据及频谱分析仪读取的输出信号功率数据如图6和图7所示。根据前述推导可知此种AGC电路对信号峰值的有效处理范围约为2.812～667 mV，在50欧姆输入阻抗的信号源上约为－41～+6 dBm。

从图6、图7中可以看出，输入信号在－30～14 dBm范围内时，增益控制电压与输入功率成线性关系、输出近似处于恒定状态。对于式（12）将幅度Ai转换成50欧姆阻抗下的功率 P 带入可得：Vc－dc=a+0.2P，a为截距，从图 6 中可以得出，在P在－30～14 dBm范围内时，关系图曲线斜率约为0.2，这与式（12）是相符的。

图6 增益控制电压与输入功率关系图Fig.6 Relationship between control voltage and input power

图7 电路输入输出关系图Fig.7 Relationship between output power and input power

由于电阻匹配网络带来11.5 dB的衰减，所以实际进入芯片Input引脚的信号在－41.5～+2.5 dBm时，电路输出保持恒定，即电路工作在AGC状态，这与前述推导结果在误差允许范围内是相符的。

4 结束语

本文从数学角度分析了基于对数放大器AD8367的自动增益控制电路，得到了其输入输出关系，以及电路工作于AGC状态时信号幅度的范围，最后实验验证了本文分析的正确性。

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