在電子工程師的日常工作中，可變?cè)鲆娣糯笃鞯闹匾圆谎远?。它能根?jù)輸入信號(hào)的強(qiáng)度動(dòng)態(tài)調(diào)整增益，在射頻、中頻自動(dòng)增益控制（AGC）等眾多系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。今天，我們就來深入了解一款高性能的低噪聲、寬頻帶可變?cè)鲆娣糯笃鳌狝D603。

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產(chǎn)品概述

AD603 由 Analog Devices 公司推出，是一款專為射頻和中頻 AGC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低噪聲、電壓控制放大器。它提供了多種增益范圍選擇，帶寬與可變?cè)鲆嫦嗷オ?dú)立，輸入噪聲譜密度低至 1.3 nV/√Hz，增益精度典型值為 ±0.5 dB，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

線性 dB 增益控制

AD603 的增益控制具有線性 dB 特性，這使得增益調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定。在不同的增益范圍內(nèi)，都能保持良好的線性度，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可靠的保障。

靈活的增益范圍選擇

通過引腳編程，AD603 可以實(shí)現(xiàn)多種增益范圍。例如，在 90 MHz 帶寬下，增益范圍為 -11 dB 到 +31 dB；在 9 MHz 帶寬下，增益范圍為 +9 dB 到 +51 dB。此外，還可以通過一個(gè)外部電阻設(shè)置任意中間增益范圍，如 -1 dB 到 +41 dB 且?guī)挒?30 MHz，滿足不同應(yīng)用的多樣化需求。

帶寬獨(dú)立于可變?cè)鲆?/h3>

這是 AD603 的一個(gè)重要特性。無論增益如何變化，帶寬都能保持相對(duì)穩(wěn)定，避免了增益變化對(duì)帶寬的影響，確保系統(tǒng)在不同增益下都能保持良好的頻率響應(yīng)。

低噪聲性能

AD603 的輸入噪聲譜密度僅為 1.3 nV/√Hz，能夠有效降低系統(tǒng)的噪聲干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。在對(duì)噪聲要求較高的應(yīng)用中，如射頻前端放大器、信號(hào)測(cè)量等，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

高精度增益控制

典型增益精度為 ±0.5 dB，能夠提供準(zhǔn)確的增益設(shè)置，保證系統(tǒng)的性能一致性。這對(duì)于需要精確增益控制的應(yīng)用，如 A/D 范圍擴(kuò)展、視頻增益控制等，至關(guān)重要。

工作原理詳解

AD603 采用了專利的 X - AMP?電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè) 0 dB 到 -42.14 dB 的可變衰減器和一個(gè)固定增益放大器組成。

可變衰減器

可變衰減器是一個(gè) 7 級(jí) R - 2R 梯形網(wǎng)絡(luò)，輸入電阻為 100 Ω，經(jīng)過激光微調(diào)，精度達(dá)到 ±3%。每級(jí)衰減為 6.021 dB，通過獨(dú)特的插值技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的增益控制，保證了增益的線性 dB 特性。

固定增益放大器

固定增益放大器的增益可以通過引腳編程進(jìn)行設(shè)置。通過連接不同的外部電阻，可以實(shí)現(xiàn)不同的增益范圍。在默認(rèn)模式下，F(xiàn)DBK 引腳未連接，增益范圍為 +9 dB 到 +51 dB；當(dāng) VOUT 和 FDBK 引腳短接時(shí)，增益范圍為 -11 dB 到 +31 dB；當(dāng)在 VOUT 和 FDBK 引腳之間連接一個(gè)外部電阻時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)任意中間增益范圍。

增益控制接口

差分、高阻抗輸入

AD603 的增益通過差分、高阻抗（50 MΩ）輸入進(jìn)行控制，縮放因子經(jīng)過激光微調(diào)，為 40 dB 每伏，即 25 mV/dB。這樣的設(shè)計(jì)可以確保在多個(gè)通道或級(jí)聯(lián)應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)多個(gè)放大器時(shí)，對(duì)控制信號(hào)的負(fù)載影響最小。

增益計(jì)算

基本增益可以通過公式 Gain (dB) = 40VG + 10 進(jìn)行計(jì)算，其中 VG 為輸入的控制電壓。當(dāng) Pin 5 和 Pin 7 短接時(shí)，增益公式會(huì)相應(yīng)變化，如在 0 到 +40 dB 范圍內(nèi)，Gain (dB) = 40VG + 20；在 +10 到 +50 dB 范圍內(nèi)，Gain (dB) = 40VG + 30。

電壓范圍限制

增益控制電壓需要保持在增益控制接口的共模范圍內(nèi)，對(duì)于 ±5 V 電源，該范圍為 -1.2 V 到 +2.0 V。當(dāng)控制電壓超出該范圍時(shí)，增益將接近其最小或最大值。

級(jí)聯(lián)應(yīng)用模式

順序模式（最佳 SNR）

在順序模式下，通過合理設(shè)置增益偏移，使放大器 A1 的增益先達(dá)到最大值，然后再增加放大器 A2 的增益。這樣可以在盡可能大的增益控制范圍內(nèi)保持最高的瞬時(shí)信噪比（ISNR）。例如，通過將兩個(gè)放大器的正增益控制輸入（GPOS）并聯(lián)，由一個(gè) 0 V 到 2 V 的正電壓源驅(qū)動(dòng)，負(fù)增益控制輸入（GNEG）通過穩(wěn)定電壓偏置，實(shí)現(xiàn)增益的順序控制。

并行模式（最簡(jiǎn)單的增益控制接口）

將兩個(gè)放大器的 GPOS 引腳連接到控制電壓，GNEG 引腳接地。此時(shí)，增益縮放因子加倍至 80 dB/V，只需 1.00 V 的電壓變化就能實(shí)現(xiàn) 80 dB 的增益變化。但是，這種模式下增益紋波的幅度也會(huì)加倍，輸出的 ISNR 會(huì)隨著增益的增加而線性下降。

低增益紋波模式（最小增益誤差）

通過將兩個(gè)放大器的增益偏移半個(gè)紋波周期（即 3 dB），可以使兩個(gè)放大器的殘余增益誤差相互抵消，從而顯著降低增益紋波。這種模式下的 ISNR 與并行模式相似。

應(yīng)用案例分析

低噪聲 AGC 放大器

在圖 49 所示的低噪聲 AGC 放大器電路中，AD603 展現(xiàn)了其強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。該電路采用單 10 V 電源供電，使用兩個(gè) AD603 放大器級(jí)聯(lián)，工作在順序增益模式下，以實(shí)現(xiàn)最大的 SNR。通過外部電阻對(duì)放大器的增益進(jìn)行編程，同時(shí)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度補(bǔ)償檢測(cè)器。

• 偏置電路：電阻 R1、R2、R3 和 R4 將 A1 和 A2 的公共引腳偏置在 5 V，通過 100 μF 鉭電容和 0.1 μF 陶瓷電容為公共引腳提供低阻抗接地路徑。
• 增益設(shè)置：通過電阻 R13 和 R14 分別對(duì) A1 和 A2 的增益進(jìn)行編程，使其增益約為 42 dB，因此電路的最大增益可達(dá) 84 dB。通過合理選擇 R13 和 R14，增益控制范圍可以向上移動(dòng)多達(dá) 20 dB。
• 自動(dòng)增益控制原理：使用基于 Q1 和 R8 的半波檢測(cè)器，電容 CAV 上的電流是 Q2 集電極電流（在 27°C 時(shí)偏置為 300 μA）與 Q1 集電極電流（隨輸出信號(hào)幅度增加而增加）的差值。自動(dòng)增益控制電壓 VAGC 是該誤差電流的時(shí)間積分。當(dāng)輸出信號(hào)幅度變化時(shí)，VAGC 相應(yīng)變化，從而調(diào)整放大器的增益，使輸出信號(hào)幅度保持穩(wěn)定。
• 溫度補(bǔ)償：通過合理選擇電阻 R8，可以使輸出信號(hào)在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。電阻 R8 還可以降低 Q1 中的峰值電流，并與 CAV 形成 1.8 kHz 的低通濾波器，有助于減少 VAGC 紋波引起的失真。

其他應(yīng)用場(chǎng)景

除了低噪聲 AGC 放大器，AD603 還廣泛應(yīng)用于視頻增益控制、A/D 范圍擴(kuò)展、信號(hào)測(cè)量等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，AD603 的低噪聲、線性 dB 增益控制、靈活的增益范圍選擇等特性都能發(fā)揮重要作用，幫助工程師設(shè)計(jì)出高性能的電子系統(tǒng)。

使用注意事項(xiàng)

電磁干擾問題

在使用 AD603 時(shí)，需要注意元件的選擇、電路布局、電源去耦和屏蔽，以減少來自廣播和電視信號(hào)等外部干擾的影響。在進(jìn)行 bench 評(píng)估時(shí)，建議將所有元件放入屏蔽盒中，并使用饋通去耦網(wǎng)絡(luò)處理電源電壓。

電路布局與寄生參數(shù)

電路布局和結(jié)構(gòu)也非常關(guān)鍵，因?yàn)殡s散電容和引線電感可能形成諧振電路，導(dǎo)致電路峰值、振蕩或兩者兼而有之。因此，在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，應(yīng)盡量減少寄生參數(shù)的影響，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。

評(píng)估板介紹

AD603 的評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)方便的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。只需一個(gè)能夠提供 20 mA 電流的雙極性電源，以及用戶所需的測(cè)試設(shè)備，即可進(jìn)行各種測(cè)試。

• 輸入輸出接口：輸入為單端、交流耦合，并通過 50 Ω 電阻端接，以適應(yīng)大多數(shù)常見的信號(hào)發(fā)生器。輸出同樣為交流耦合，并包含一個(gè) 453 Ω 的串聯(lián)電阻。
• 增益設(shè)置方式：通過在 GNEG 和 GPOS 測(cè)試環(huán)之間連接電壓源來設(shè)置 AD603 的增益。兩個(gè)滑動(dòng)開關(guān) SGPOS 和 SGNEG 為 GPOS 和 GNEG 提供三種連接方式，可以將任一引腳接地或通過 R1 和 R5 到 R7 設(shè)置用戶選擇的偏置電壓。
• 增益范圍調(diào)整：AD603 在 FDBK 引腳處內(nèi)置了可選擇的增益電阻。評(píng)估板出廠時(shí)，增益設(shè)置為最小值，R3 處安裝了一個(gè) 0 Ω 電阻。若要獲得最大增益，只需移除 R3 即可。通過在 VOUT 和 FDBK 引腳之間安裝電阻，可以選擇中間增益值。

訂購(gòu)指南

AD603 提供了多種型號(hào)和封裝選項(xiàng)，以滿足不同用戶的需求。例如，AD603AR 采用 8 引腳 SOIC_N 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 到 +85°C；還有帶卷帶包裝的型號(hào)，如 AD603AR - REEL 和 AD603AR - REEL7。此外，還有評(píng)估板 AD603 - EVALZ 和裸片 AD603ACHIPS 可供選擇。

總結(jié)

AD603 作為一款高性能的低噪聲、寬頻帶可變?cè)鲆娣糯笃?，憑借其線性 dB 增益控制、靈活的增益范圍選擇、低噪聲性能、高精度增益控制等優(yōu)點(diǎn)，在射頻、中頻 AGC 系統(tǒng)以及其他眾多應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出了卓越的性能。通過合理選擇應(yīng)用模式和注意使用細(xì)節(jié)，工程師可以充分發(fā)揮 AD603 的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出高性能、高可靠性的電子系統(tǒng)。你在使用 AD603 過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。