基于AD8367的自动增益控制电路分析

摘要：简要介绍了ADI公司的对数放大器AD8367的特性以及利用AD8367实现自动增益控制(AGC)，通过建立简化的等效原理图分析了该AGC电路的数学特性，得到该电路的输入输出关系，以及实现自动增益控制时的输入信号幅度的范围。实验验证了该分析的正确性。

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。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：

G=45-50Vc(dB)

式中，G是增益，单位为dR;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。

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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。

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=35.4μA。对于平方律检波器检波输出电流：

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

假设信号频率较高，控制电压中Vc(t)的交流分量较小，AGC放大器近似为线性，射频输出信号近似为Vo(t)≈0.5cos(ωt+φ+θ)，则控制电压

3)输入信号幅度很大

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。

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。

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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。

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。