引言

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）是一個(gè)非常重要的組件，它在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。今天我們要詳細(xì)介紹的AD8337，就是一款性能出色的低噪聲、單端、線性dB可變?cè)鲆娣糯笃?，下面將從其特性?a target="_blank">工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面進(jìn)行深入探討。

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一、AD8337的特性

1. 電氣特性

• 低噪聲：輸入電壓噪聲為2.2 nV/√Hz，輸入電流噪聲為4.8 pA/√Hz，在低增益時(shí)VGA輸出參考噪聲約為21 nV/√Hz，這使得它在對(duì)噪聲要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
• 寬帶寬：-3 dB小信號(hào)帶寬可達(dá)280 MHz，-3 dB大信號(hào)帶寬為100 MHz，能夠滿足高頻信號(hào)處理的需求。
• 增益范圍：標(biāo)稱增益范圍為0 dB到24 dB（前置放大器增益為6 dB），增益縮放為19.7 dB/V，可通過(guò)調(diào)整前置放大器增益來(lái)改變整體增益范圍。
• 供電靈活：支持+5 V、±2.5 V或±5 V供電，功耗低，在±2.5 V供電時(shí)僅為78 mW。

2. 動(dòng)態(tài)性能

• 諧波失真低：在不同頻率和增益條件下，諧波失真表現(xiàn)良好，如在1 MHz、VOUT = 1 V p - p、VGAIN = 0 V時(shí)，HD2為 - 72 dBc，HD3為 - 66 dBc。
• 輸入1 dB壓縮點(diǎn)：在不同增益條件下有明確的參數(shù)，如VGAIN = - 0.7 V（增益 = 0 dB）時(shí)，輸入1 dB壓縮點(diǎn)為8.2 dBm。

二、工作原理

1. 電路結(jié)構(gòu)

AD8337采用了Analog Devices的獨(dú)家X - AMP?架構(gòu)，其電路主要由前置放大器、衰減器、增益控制接口和輸出級(jí)組成。前置放大器是一個(gè)未連接的電流反饋運(yùn)算放大器，用于緩沖X - AMP的梯形網(wǎng)絡(luò)衰減器，默認(rèn)非反相增益為6 dB（2×），增益電阻值為100 Ω。衰減器的衰減范圍為 - 24 dB到0 dB，輸出級(jí)是一個(gè)固定增益為18 dB的AB類電壓反饋互補(bǔ)射極跟隨器。

2. 增益控制

增益控制接口具有高輸入阻抗，參考VCOM引腳。在雙電源應(yīng)用中，VCOM連接到地；在單電源應(yīng)用中，VCOM提供正電源電壓的一半。增益控制電壓范圍為 - 0.7 V到 + 0.7 V，在 - 0.6 V到 + 0.6 V之間增益控制最為線性，增益誤差通常小于±0.2 dB。增益縮放因子設(shè)計(jì)為20 dB/V，可通過(guò)在GAIN輸入添加簡(jiǎn)單的低通濾波器來(lái)過(guò)濾不需要的噪聲。

3. 輸出特性

輸出級(jí)的阻抗在高頻時(shí)呈現(xiàn)感性，為了減輕輸出引腳雜散電容的影響，可以在VOUT引腳串聯(lián)一個(gè)小值的緩沖電阻（如20 Ω），這樣可以改善動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)對(duì)高阻抗負(fù)載的增益損失很小。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 增益調(diào)整

由于其低噪聲和寬增益范圍，AD8337非常適合用于增益調(diào)整應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確地調(diào)整信號(hào)的增益，滿足不同系統(tǒng)的需求。

2. 醫(yī)療設(shè)備

在PET掃描儀和工業(yè)及醫(yī)療超聲設(shè)備中，AD8337的低噪聲和良好的動(dòng)態(tài)性能可以保證信號(hào)的準(zhǔn)確采集和處理，提高設(shè)備的性能和精度。

3. 通信系統(tǒng)

在高性能AGC系統(tǒng)、I/Q信號(hào)處理、雷達(dá)接收器和視頻應(yīng)用中，AD8337能夠適應(yīng)不同的信號(hào)強(qiáng)度和頻率，提供穩(wěn)定的增益控制，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 前置放大器連接

• 非反相增益配置：使用兩個(gè)表面貼裝電阻（如100 Ω）可將前置放大器配置為6 dB增益，將設(shè)備設(shè)置為默認(rèn)增益范圍0 dB到24 dB。對(duì)于前置放大器增益≥2的情況，應(yīng)選擇 (R{FB 2} ≥100 Omega) 和 (R{FB 1} ≤100 Omega) ，但要注意高 (R_{FB 2}) 值會(huì)降低帶寬并增加失調(diào)電壓，小值可能會(huì)影響穩(wěn)定性。
• 反相增益配置：適用于需要負(fù)脈沖極性反轉(zhuǎn)或需要電流吸收的應(yīng)用。在這種配置中，要注意電路板布局，將前置放大器增益電阻 (R{FB 1}) 和 (R{FB 2}) 盡可能靠近INPN引腳，以減少雜散電容對(duì)穩(wěn)定性的影響。

2. 驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

由于AD8337帶寬大，輸出引腳的雜散電容會(huì)導(dǎo)致頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值和瞬態(tài)信號(hào)過(guò)沖?？梢栽赩OUT引腳串聯(lián)一個(gè)小值的緩沖電阻（如20 Ω）來(lái)減輕這些影響，同時(shí)在PCB布局時(shí)要將連接到AD8337輸出引腳的無(wú)源組件或設(shè)備盡可能靠近封裝。

3. 增益控制

在典型應(yīng)用中，GAIN輸入通常為直流或低頻信號(hào)，AD8337的高輸入阻抗允許多個(gè)設(shè)備并聯(lián)連接，適用于VGA陣列的校準(zhǔn)調(diào)整。但要注意，VGAIN輸入電壓的調(diào)制會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)與失調(diào)電壓直流曲線相關(guān)的交流信號(hào)，在高于20 kHz時(shí)，可能會(huì)由于內(nèi)部電路公差產(chǎn)生二次偽像。

4. 熱管理

AD8337采用LFCSP封裝，熱性能與傳統(tǒng)封裝不同。其熱阻 (θ{JC}) 假設(shè)焊盤焊接到電路板且有三個(gè)額外接地層通過(guò)至少四個(gè)過(guò)孔連接，如果焊盤未焊接， (θ{JC}) 幾乎會(huì)翻倍。此外，通過(guò)測(cè)量表面溫度和功耗，可以使用Ψ值輕松計(jì)算芯片溫度。

5. 電路板布局

作為高頻設(shè)備，AD8337的電路板布局至關(guān)重要。要確保VCOM引腳有良好的接地平面連接，避免輸出到輸入通過(guò)接地平面的耦合導(dǎo)致高頻峰值。

五、總結(jié)

AD8337可變?cè)鲆娣糯笃饕云涞驮肼?、寬帶寬、靈活的增益控制和多種供電選擇等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子工程師需要充分考慮其工作原理和特性，合理進(jìn)行前置放大器連接、處理容性負(fù)載、控制增益、管理熱量以及優(yōu)化電路板布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似放大器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。