无线通信设备的设计通常从战略信号链的定义和分析开始。在产品开发周期的早期阶段，都需要考虑噪声系数(NF)、线性度、失真度和动态范围，以便正确识别信号路径中每个元件的组件规格。信号链预算分析允许设计人员快速选择组件，分析和比较正在考虑的设计架构的性能。在移动通信系统中，挑战更大，需要特别注意与射频和中频信号块相关的频谱选择性、线性度和噪声机制。

通过在较低的中频频率下采用可变增益，接收器可以设计成对输入信号强度提供自适应灵敏度，在较低的中频频率下，更容易操纵感兴趣的信号。大多数频谱梳理(频率整形和滤波)倾向于在较低的中频频率下实现，其中通过使用SAW器件，晶体和无源集总元RLC滤波器网络可以很容易地实现非常窄带通滤波器。经过精确的通道选择，自动增益控制(AGC)电路可用于将接收信号缩放到所需的电平。使用AGC产生的接收机设计，其灵敏度根据接收到的信号强度而变化。自适应灵敏度降低了在高频信道移动环境中固有距离的影响。高性能的可变增益放大器通常需要提供所需的动态范围和噪声性能。

背景

可变增益放大器(VGAs)已经在各种遥感和通信设备中使用了半个多世纪。从超声波、雷达、激光雷达到无线通信，甚至语音分析，各种应用都利用可变增益来增强动态性能。早期的设计通过切换固定增益放大器级来实现增益选择，以二进制方式调整接收器灵敏度。后来的实现使用步进衰减器，然后是固定增益放大器，以实现更大范围的离散增益控制。现代设计实现连续的电压控制增益，使用技术，如电压可变衰减器(VVAs)，乘法器和增益内插器。

各种架构通常用于提供连续和离散变量增益控制。自动增益控制等应用通常需要连续增益控制。最直接的设计是利用乘法器，然后是固定增益缓冲放大器。这种设计通常涉及需要校准的非线性增益控制函数。此外，乘法器核心受到温度和电源电压依赖性的影响，这可能导致较差的增益律精度和稳定性，以及不可接受的高频增益变化。使用前置放大器/衰减器/后置放大器架构的设计可以提供低噪声操作和良好的带宽，但往往具有相当低的输入三阶截距(IIP3)，限制了它们在高动态范围接收器中的性能。

另一类解决方案采用可变电压衰减器，其次是固定增益后放大。vva可以提供精确的以dB为单位的线性衰减传递函数，但为了提供足够的衰减范围，通常需要将多个vva级联。casc导致对衰减传递函数变化的灵敏度增加。有时需要对信号进行预放大，以缓冲信号源免受VVA的长期影响，并降低衰减器对噪声系数的影响。产生低噪声系数所需的高增益导致输入三阶截距降低。

AD8367 X-AMP VGA与AGC

X-AMP架构起源于十年前的AD600和AD602器件(对话26- 2,1992)，允许基本独立于温度的线性db增益控制功能。它包括一个电阻阶梯网络，以及一个高度线性的放大器和插补级，以提供连续的线性db增益控制功能。AD8367(图2)是最新一代X-AMP VGAs。它的设计是在一种新的超快速互补双极工艺(XFCB2.0)上实现的，该工艺提供了数百MHz的中等增益，并且在更高频率下比传统半导体工艺更好的线性度。

如图2所示，输入信号被应用于接地参考的9级R - nR电阻梯形网络，设计用于在分接点之间产生5db的衰减阶跃。平滑增益控制是通过感应分接点的可变跨导(g(m))级来实现的。根据增益控制电压，内插器选择哪些阶段是有效的。例如，如果第一级是活动的，则检测0-dB分接点;如果最后一级是活动的，则检测45 db点。通过同时激活相邻的g(m)级来实现接点之间的衰减水平，从而创建离散接点衰减的加权平均值。以这种方式，合成了一个平滑的、单调的、具有非常精确标度的db内线性衰减函数。理想的db内线性传递函数可表示为:

(1)

在哪里

M(Y)为增益尺度(斜率)，通常以dB/V表示，一般为50 dB/V(或20 mV/dB)

B(Z)是以dB为单位的增益截距，通常为- 5db，外推增益为V(gain) = 0v。

V(GAIN) 为增益控制电压

AD8367的基本连接轮廓、增益传递函数和典型的增益误差模式如图3所示，在增益控制电压范围为50mV≤V(gain)≤950mV时，增益传递函数的斜率为50 dB/V，截距为- 5 dB。该装置允许增益斜率反转由一个简单的引脚带的模式销。逆增益模式在自动增益控制(AGC)应用中很方便，其中增益控制函数来自误差积分器，该积分器将检测到的输出功率与预先确定的设定点水平进行比较。一个平方律检测器和误差积分器，集成在片上，允许器件被用作一个独立的AGC子系统。

图4显示了一个典型的独立AGC电路，以及它对10db输入电压阶跃的时域响应。在这个例子中，信号输入是一个70 mhz的正弦波，它的输入是从-17到-7 dBm(参考200欧姆)的阶跃调制。输出信号功率由内部平方律检测器作为电压测量，并与内部354 mv均方根参考进行比较。检测器的输出是电流，通过外部电容C(AGC)集成。通过C(AGC)电容器开发的电压驱动获得引脚减少或增加增益。当输出信号电平的均方根值等于内部354 mv基准时，环路稳定。当输入信号小于354 mv有效值时DETO引脚吸收电流，从而降低端电压获得销。当输入信号增加到354 mV有效值以上时DETO引脚源电流导致电压在获得销增加。在此应用中需要逆增益模式，以确保当输入信号的均方根值超过内部参考值时增益减小。所产生的电压加到获得引脚V(AGC)可用作接收信号强度指示(RSSI)，表示与354 mv有效值参考相比的输入信号强度。对于正弦波形，这将导致200欧姆负载的1 v p-p输出信号。

信号链分析

一个现代的超外差架构如图5所示。AD8367用于接收(Rx)路径，随着RF信号电平的变化自适应调整接收器的总体增益。在发送(Tx)路径中，AD8367与RF功率检测器一起使用，以保持所需的输出功率水平。

在考虑接收路径的情况下，可以利用信号路径预算分析来评估总体灵敏度和动态范围。对于本例，选择PCS-CDMA信号，使用1 mhz噪声带宽。从AD8367 IF VGA的输出往回推，可以分析其输入灵敏度和动态范围。图6显示了从接收机输入到中频VGA输出的详细预算分析。

在上面的示例中，AD8367在I&Q解调器之前控制接收信号电平。AD8367是VGA的一个例子，它使用可变衰减，然后是后增益放大器。这种类型的VGA将呈现出一个恒定的OIP3和一个随增益设置而变化的噪声系数。AD8367在最大增益时提供最小噪声系数，在最小增益时提供最大输入三阶截距。这种独特的组合允许根据接收到的信号强度动态控制接收器的灵敏度和输入线性度。

AD8367(点击此链接查看数据表和更多信息)的特点是温度范围为-40至+85°C，封装在14引脚薄缩小轮廓封装(TSSOP)中。它运行在一个单一的3至5伏电源。该设备的- 3db工作带宽为500 MHz;其数据表提供了常见中频频率的详细规格，如70mhz, 140mhz, 190mhz和240mhz。如果您需要本文的PDF或打印版本，请访问下载数据表或索取样本。AD8367通常有现货供应，也有评估板。

致谢

创新的AD8367是由Barrie Gilbert和John Cowles设计的。作者要感谢Barrie Gilbert和John Cowles对AD8367的创造性设计，并感谢Leon Small、Dana Whitlow、Pete Kearney和Eberhard Brunner对AD8367的描述和建设性的批评。