高性能VGA芯片AD8337在信号采集系统中的应用

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:1358

0 引言

　　ad8337是美国ad(analog devices inc)公司推出的一种高频带宽度、低功耗、采用直流耦合的可变增益放大器。该放大器的增益均可以分贝为单位线性变化，其频率可达100 mhz；带宽(-3 db)可达250 mhz。ad8337采用ad公司先进的专利电路技术和x-amp结构，因而具有优异的增益控制特性，其增益控制范围为0～24 db，同时，增益控制接口还可提供20 db／v的精确线性控制率。

1 ad8337的主要特点

　　ad8337可广泛应用于工业和仪表领域，和同类竞争方案相比，其速度快50％，尺寸小30％。ad8337的vga能提供极好的直流(dc)和交流(ac)电性能。其优秀的直流和高速特性使ad8337 vga特别适合于大范围high-channel-count 工业和仪器应用，譬如pet(positron emis-sion tomography)医疗影像、工业超音波、rf(射频)测试仪器、和高性能agc(自动增益控制)系统。

　　ad8337的主要特点如下：

　　◇低噪声：2.2nv／rthz；

　　◇低功耗：78 mw；

　　◇器件的频带宽度范围可从低频到250 mhz(-3 db)；

　　◇额定增益范围：0～24 db (前置放大器增益为6db)；

　　◇增益控制率：20 db／v；

　　◇直流耦合；

　　◇单端输入和输出；

　　◇电源：+5 v，±2.5 v或±5 v；

　　◇工作温度：-40℃～+85％；

　　◇3×3毫米8引脚lfcsp。

2 引脚说明

3 结构原理

　　ad8337的原理电路结构如图2所示。该芯片主要由前置放大器、衰减器、偏置单元、内插器、增益控制接口和输出放大器等部分组成。ad8337可以采用双电源供电和单电源供电两种形式，并可由偏置单元来完成。电源可为+5 v，±2.5 v或±5 v。

　　ad8337的输入级是一个电流反馈前置放大器，可用来缓冲x-amp的阶梯网络。前置放大器的电压放大倍数可以通过外部电阻来设置，其给定设置是采用r1=r2=100 ω构成的同相放大器，放大倍数为2(即6 db)。设计时通过外部电阻的不同配置，前置放大器的放大倍数也可被设置为大于2的其它值。

　　紧跟前置放大器的是衰减器，该电阻网络由每级衰减量为3.01 db的8级衰减网络组成，总的衰减范围是24.08 db，每级梯形网络以固定的分贝数衰减输人信号。衰减器后边是固定增益输出放大器(18.06 db)。由于前置放大器的放大倍数可以通过外部电阻进行设置，所以ad8337的增益可根据前置放大的不同便放大倍数发生一些变化，范围为0～+24 db。

　　ad8337芯片的增益控制接口可以提供高阻抗输入，并以引脚vcom作为参考。其增益控制电压可在-0.6～+0.6 v范围任意增减。且无增益重叠现象。增益控制率是20 db／v，其相对较低的值可以保证在gain输入端的噪声不会被过度地放大。

4 典型应用

　　在高频模拟数据采集领域和实时显示的控制领域中。经常会出现一些干扰信号，这些干扰信号大都是高频的、大小不定的毛刺。如何将这些干扰测试出来，就需要测试电路有较宽的带宽和对输入进行增益控制。ad8337正是一款通用型vga放大器，适合于用电压对增益进行控制的应用电路。

　　由于ad8337具有从任意低频到250 mhz的工作带宽，且电路增益与控制电压vgain成正比；同时，vga又是一个标准的线性增益结构的x-amp，具有很好的动态输出范围，所以，笔者在数字示波器信号采集系统的硬件设计中，选取了ad8337来进行系统的前端信号增益调节。其工作过程是：首先由探头采集信号，然后经过必要的增益预处理，再由a／d转换芯片将模拟信号变为数字信号发送到at89c51中进行处理。

　　在at89c51单片机的控制下，探头采集到的信号由ad8337进行增益调节，以将其转变为模数转换器可转换的信号。ad8337接成双电源供电的形式，8脚、6脚分别接正、负电源；增益控制端口7脚由at89c51的p15来控制；2脚接地；探头采集到的模拟输入信号input接ad8337的3脚；4、5脚则构成前置放大器电流反馈，以缓冲x-amp的阶梯网络。其中：r1=r2=100 ω构成的同相放大器的放大倍数为2(即6db)。ad8337的输出端vout连接到模数转换器的输入端。

　　由ad8337的结构原理可知，ad8337的可变衰减器的增益范围是24 db，紧接着它的是18 db的固定增益放大器，再算上前置放大器的增益6db，得出总的ad8337增益范围是0～+24 db。由于ad8337的增益控制率为20 db／v，所以，在vgain以伏特(v)为单位时，ad8337的增益运算公式如下：

g_ain(db)=20v_gainn+i_cpt

　　公式中：vgain由at89c51的p15引脚输出决定(在-0.6～+0.6 v的范围内变动)；额定icpt为12.15db。如果前置放大器的增益增加，icpt将相应地增加。如果前置放大器的增益增加6 db，则icpt将由6 db增加到18.