利用ADL5331 RFVGA和AD8319对数检波器产生恒定包络信号 (CN0082)

无论是有线通信还是无线通信，发射机的整体性能均与放大器的输出功率密切相关。如果信号很弱，低信噪比(SNR)将会加大比特差错率(BER)或调制误差率(MER)。如果信号太强，失真也会引起同样的问题。本电路采用ADL5331VGA、功率检波器AD8319 和低功耗nanoDACAD5621 ，可获得12位精度的输出功率控制。AD8319具有非常高的温度稳定性，可补偿VGA在整个温度范围内的任何增益变化，因此可在较宽的温度范围内实现非常精确的功率控制。由于AD8319的控制输入VSET和输出VOUT与RF输入具有V/dB比例关系，并且AD5621 nanoDAC具有线性传递函数，因此所得到的输出功率控制将与DAC输入码之间呈线性dB关系。

图1 ADL5331与AD8319、AD5621在自动增益控制环路中工作（原理示意图）

 

可变增益放大器ADL5331可提供精确的增益控制。不过，利用自动增益控制(AGC)环路，则可实现对输出功率的更精确调节。图1显示ADL5331在AGC环路中工作。增加对数放大器AD8319后，该AGC在较宽的输出功率控制范围具有更高的温度稳定性。

ADL5331 VGA要在AGC环路中工作，需将输出RF的样本反馈至检波器（通常利用定向耦合器并增加衰减处理）。AD5621 DAC将设定点电压施加于检波器的VSET输入，同时VOUT与ADL5331的GAIN引脚相连。根据检波器的VOUT与RF输入信号之间明确的线性dB关系，检波器调节GAIN引脚的电压（检波器的VOUT引脚为误差放大器输出），直到RF输入端的电平与所施加的设定点电压相对应。GAIN建立至某一值，使得检波器的输入信号电平与设定点电压之间达到适当平衡。

ADL5331与AD8319在AGC环路中工作的基本连接如图1所示。AD8319是一款1 MHz至10 GHz精密解调对数放大器，提供45 dB的检波范围，温度稳定性为±0.5 dB。AD8319的VOUT引脚控制ADL5331的GAIN（增益控制）引脚。当AD8319以控制器模式工作时，如同在本应用中一样，AD8319的VOUT可以在其整个线性范围内（0 V至1.4 V）驱动ADL5331的GAIN引脚。当RF输入功率非常低，不在环路的线性控制范围内时，可以将AD8319的VOUT驱动至非常接近VPOS的最大值。为避免ADL5331 GAIN输入的过驱恢复问题，可以将一个分压器放置在AD8319的VOUT与ADL5331的GAIN之间。这可能会对环路的整体速度产生轻微影响，例如当ADL5331的输入功率发生步进时。

利用23 dB耦合器/衰减器，可以使所需的VGA输出功率范围与AD8319的线性工作范围匹配。本例中，所需的VGA输出功率范围为−15 dBm至+15 dBm。使用所提供的衰减器/耦合器后，AD8319的RF输入功率范围为−8 dBm至−38 dBm，在−3 dBm至−43 dBm的额定范围（±1 dB误差）以内。

检波器的误差放大器利用以地为参考的电容引脚CLFP对误差信号（电流形式）进行积分。必须将一个电容与CLFP相连，用来设置环路带宽，并确保环路稳定性。

图2、图3和图4分别显示了针对100 MHz正弦波和0 dBm、−10 dBm、−20 dBm的输入功率，ADL5331输出功率与AD5621 DAC码之间的传递函数关系。请注意，AD8319的功率控制为反向式。减小DAC码相当于要求ADL5331提供更高功率的信号，因此一般会提高增益(GAIN)。

图2 ADL5331功率输出与AD5621 DAC码的关系（RF输入信号 = 0 dBm）

 

图3 ADL5331功率输出与AD5621 DAC码的关系（RF输入信号 = −10 dBm）

 

图4 ADL5331功率输出与AD5621 DAC码的关系（RF输入信号 = −20 dBm）

 

为使AGC环路保持均衡，AD8319必须跟踪ADL5331输出信号的包络，并向ADL5331的增益控制输入提供必要的电平。图5所示为图1中AGC环路的示波器屏幕截图。将采用50% AM调制的100 MHz正弦波施加于ADL5331。ADL5331的输出信号为恒定的包络正弦波，其振幅与AD8319的设定点电压1.5 V相对应。图中还显示了AD8319对不断变化的输入包络的增益控制响应。

图5 显示AM调制输入信号的示波器屏幕截图

 

图6显示AGC RF输出对VSET上脉冲的响应。当VSET降至1 V时，AGC环路以RF突发脉冲进行响应。响应时间和信号积分量由AD8319 CLFP引脚上的电容控制，这与积分放大器周围的反馈电容类似。电容增大将导致响应速度变慢。

图6 显示ADL5331输出的示波器屏幕截图

 

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术（请参考教程MT-031、MT-101及ADL5331、AD8319的评估板布局）。

在ADL5331和AD8319芯片级封装的底面，有一个裸露的压缩焊盘，该焊盘与芯片接地内部相连。将该焊盘焊接至印刷电路板的低阻抗接地层可确保达到额定的电气性能，并可提供散热功能。另外，建议利用过孔将焊盘下方所有层上的接地层拼接在一起，以降低热阻抗。

该电路可以用来实现恒定功率输出功能（固定设定点、可变输入功率）或可变功率输出功能（可变设定点、固定或可变输入功率）。如果需要更高的输出功率控制范围，可以用对数放大器AD8318（60 dB功率检波范围）代替AD8319。对于恒定输出功率功能，AD8319的较低动态范围已足够用，因为环路会始终把检波器的输入功率伺服至恒定水平。

针对发射应用进行优化的ADL5331 VGA也可以用AD8368 VGA代替，后者针对最高800 MHz的低频接收应用进行了优化，并提供34 dB的线性dB电压控制可变增益。