無線通信設備設計通常從戰略信號鏈定義和分析開始。噪聲系數（NF）、線性度、失真和動態范圍都需要在產品開發周期的早期階段加以考慮，以正確識別信號路徑中每個元件的元件規格。信號鏈預算分析使設計人員能夠快速選擇組件，分析和比較所考慮的設計架構的性能。移動通信系統面臨的挑戰更大，需要特別注意與RF和IF信號模塊相關的頻譜選擇性、線性度和噪聲機制。

接收器可以設計為通過在較低的IF頻率下采用可變增益來提供對輸入信號強度的自適應靈敏度，從而更容易操縱目標信號。大多數頻譜梳理（頻率整形和濾波）傾向于在較低的IF頻率上實現，通過使用SAW器件、晶體和無源集總元件RLC濾波器網絡，可以輕松實現非常窄帶通濾波器。精確選擇通道后，可采用自動增益控制（AGC）電路將接收信號調整到所需電平。使用AGC產生的接收器設計靈敏度根據接收信號強度而變化。自適應靈敏度可降低衰落通道移動環境中固有的距離影響。通常需要高性能可變增益放大器來提供所需的動態范圍和噪聲性能。

背景

半個多世紀以來，可變增益放大器（VGA）一直用于各種遙感和通信設備。從超聲波、雷達、激光雷達到無線通信甚至語音分析等應用都利用可變增益來增強動態性能。早期設計通過切換固定增益放大器級以二進制方式調整接收器靈敏度來實現增益選擇。后來的實現使用步進衰減器，然后是固定增益放大器，以實現更大范圍的分立增益控制。現代設計使用模擬技術，通過電壓可變衰減器（VVA）、模擬乘法器和增益插值器等手段實現連續電壓控制增益。

圖1.典型的可變增益架構。

各種架構通常用于提供連續和離散可變增益控制。自動增益控制等應用通常需要連續模擬增益控制。最直接的設計采用模擬乘法器，后接固定增益緩沖放大器。此類設計通常涉及需要校準的非線性增益控制功能。此外，乘法器內核還受到溫度和電源電壓依賴性的影響，這可能導致增益律精度和穩定性較差，以及不可接受的高頻增益變化。使用前置放大器/衰減器/后置放大器架構的設計可以提供低噪聲操作和良好的帶寬，但往往具有相當低的輸入三階交調截點（IIP3），限制了它們在高動態范圍接收器中執行的能力。

另一類解決方案利用電壓可變衰減器，然后是固定增益后放大。VVA可以提供以dB為單位的線性衰減傳遞函數，但通常需要級聯多個VVA以提供足夠的衰減范圍。級聯導致對衰減傳遞函數變化的敏感性增加。有時需要對信號進行預放大，以緩沖VVA負載效應的信號源，并降低衰減器對噪聲系數的影響。產生低噪聲系數所需的高增益導致輸入三階截點降低。

圖2.AD8367 X放大器VGA的結構

AD8367 X-AMP VGA，內置AGC

X-AMP架構起源于十年前的ADI公司AD600和AD602（Analog Dialogue 26-2，1992），允許線性dB增益控制功能，基本上與溫度無關。它包括一個電阻梯形網絡，以及一個高度線性的放大器和插值器級，以提供連續的線性dB增益控制功能。AD8367（圖2）是最新一代的X-AMP VGA。其設計采用新的超快速互補雙極性工藝（XFCB2.0），可提供數百MHz的中等增益，并在比傳統半導體加工更高的頻率下改善線性度。

如圖2所示，輸入信號施加到以地為參考的9級R-nR電阻梯形網絡，設計用于在抽頭點之間產生5 dB步長的衰減。平滑增益控制是通過檢測具有可變跨導（gm） 階段。根據增益控制電壓，插值器選擇哪些級處于活動狀態。例如，如果第一級處于活動狀態，則檢測0 dB抽頭點;如果最后一級處于活動狀態，則感測 45dB 點。落在抽頭點之間的衰減水平是通過相鄰的gm級同時激活，創建離散抽頭點衰減的加權平均值。通過這種方式，合成了平滑、單調、線性dB衰減函數，具有非常精確的縮放。理想的線性dB傳遞函數可以表示為：

1其中

MY是增益標度（斜率），通常以dB/V表示，通常為50 dB/V（或20 mV/dB）

BZ是以 dB 為單位的增益截距，通常為 –5 dB，外推增益V獲得= 0 V。

V獲得 是增益控制電壓

AD8367的基本連接輪廓、增益傳遞函數和典型增益誤差模式如圖3所示，顯示了增益控制電壓范圍為50 mV ≤ V的增益傳遞函數斜率為5 dB/V和–50 dB截距獲得≤ 950mV.該器件允許通過 MODE 引腳的簡單引腳帶反轉增益斜率。反增益模式在自動增益控制（AGC）應用中非常方便，其中增益控制功能來自誤差積分器，該誤差積分器將檢測到的輸出功率與預定的設定點電平進行比較。片上集成的平方律檢波器和誤差積分器允許該器件用作獨立的AGC子系統。

圖3.AD8367基本VGA應用電路和增益控制傳遞函數，顯示了不同溫度下的典型誤差。

典型的獨立AGC電路及其對4 dB輸入電壓階躍的時域響應如圖10所示。在本例中，信號輸入為 70 MHz 正弦波，其輸入在 –17 至 –7 dBm（稱為 200 歐姆）范圍內進行步進調制。輸出信號功率由內部平方律檢波器以電壓形式測量，并與內部354 mV rms基準進行比較。檢波器的輸出是電流，使用外部電容器C進行積分AGC.C兩端產生的電壓AGC電容驅動GAIN引腳以降低或增加增益。當輸出信號電平的均方根值等于內部354 mV基準電壓源時，環路穩定。當輸入信號小于 354mV rms 時，DETO 引腳吸收電流，從而降低 GAIN 引腳上的電壓。當輸入信號增加到354 mV rms以上時，DETO引腳會源出電流，導致GAIN引腳上的電壓增加。本應用需要反向增益模式，以確保當輸入信號的均方根值超過內部基準時增益降低。施加到GAIN引腳的所得電壓VAGC，可用作接收信號強度指示 （RSSI），表示輸入信號強度與 354mV rms 基準電壓源的比較。對于正弦波形，對于 1 歐姆負載，這會產生 200V p-p 輸出信號。

圖4.AD8367基本AGC應用電路和70 MHz時的時域響應

信號鏈分析

現代超外差架構如圖5所示。AD8367用于接收（Rx）路徑，可隨著RF信號電平的變化自適應調整接收器總增益。在發射（Tx）路徑中，AD8367與RF功率檢波器配合使用，以保持所需的輸出功率電平。

圖5.使用VGA進行中頻電平控制的超外差架構。VGA用于中頻級，以自適應地調整接收器的整體靈敏度并控制發射功率水平。

考慮到接收路徑，可以使用信號路徑預算分析來評估整體靈敏度和動態范圍。在本例中，選擇PCS-CDMA信號，使用1 MHz噪聲帶寬。從AD8367 IF VGA的輸出反向工作，可以分析輸入靈敏度和動態范圍。圖6顯示了從接收器輸入到IF VGA輸出的詳細預算分析。

圖6.具有 1900 MHz 中頻的 70 MHz CDMA 的接收路徑預算分析。

在上面的示例中，AD8367在I&Q解調器之前控制接收信號電平。AD8367是VGA的一個示例，它采用可變衰減，后接增益后放大器。這種類型的VGA基本上將表現出恒定的OIP3和隨增益設置而變化的噪聲系數。AD8367在最大增益下提供最小噪聲系數，在最小增益下提供最大輸入三階交調截點。這種獨特的組合允許根據接收信號強度動態控制接收器的靈敏度和輸入線性度。

AD8367的額定溫度范圍為–40至+85°C，采用14引腳薄型小外形封裝（TSSOP）。它采用 3 至 5 V 單電源供電。該器件的工作帶寬為 3 MHz，為 –500dB;其數據手冊提供了常見中頻頻率（如 70 MHz、140 MHz、190 MHz 和 240 MHz）的詳細規格。

審核編輯：郭婷